Question

20．把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让某种单色光从上方射入（图甲），这里可以看到明暗相间的同心圆（如图乙所示）．这个现象是牛顿首先发现的，这个同心圆叫做牛顿环．试探究牛顿环出现的原因．为了使牛顿环的直径大些，应该选用表面弯曲得厉害些的凸透镜，还是选用表面不太弯的凸透镜？试叙述你选择的理由．

Answer 1

分析 从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹．路程差等于空气膜厚度的两倍．使牛顿环的曲率半径越小，出现亮条纹的这一厚度向中心偏移．从而得出圆环的半径的变化．

解答 解：如图（图中凸透镜的弯曲程度作了夸张）所示．凸透镜的弯曲表面向上反射的光和下面的玻璃平面向上反射的光相互叠加，由于来自这两个面的反射光的路程差不同，在有些位置相互加强，有些位置相互削弱，因此出现了同心圆状的明暗相间的条纹．
为了使牛顿环的直径大些，其实就是使相邻的亮条纹（或暗条纹）的间距变大些，图中光线1和2反射回来的光线干涉后形成亮条纹．它们对应的空气厚度差应为0.5λ，若选用弯曲程度较大的凸透镜，空气厚度差为0.5λ的点的间距将变密，即亮条纹间距将变密，牛顿环的直径变小，故应选用弯曲程度较小的凸透镜．
答：应选用弯曲程度较小的凸透镜．

点评 解了牛顿环的产生机理：光的薄膜干涉，根据产生亮纹的条件就可顺利解决此类题目，故对物理现象要知其然更要知其所以然．