第41届全国中学生物理竞赛决赛实验试题

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第 41 届全国中学生物理竞赛决赛实验试题

实验考试第 1 页/共10 页

（选择题中有多选题，多选少选不得分）

牛顿在 1675 年首先观察到牛顿环现象。如题图所示，当曲率半径 R很大的平凸透镜的

凸面放在一平面玻璃上（即为“牛顿环仪”）时，透镜凸面与平面之间形成一个从中心 O向

四周逐渐增厚的空气层。理论上通常描述为：当单色光由上方照射时，从空气层上下两个表

面反射的光束 1和光束 2在上表面附近相遇产生干涉，形成一组以 O点为中心的明暗相间

的同心圆，即牛顿环。

利用牛顿环，可以测量平凸透镜的曲率半径及光的波长，检验表面的平面度、球面度，

测量微小形变以及研究工件内应力的分布，在物理与工程领域均具有广泛的应用价值。

图：1 牛顿环干涉条纹的形成原理

1.1 2 牛顿环实验中，主要仪器是读数显微镜，其结构如题图所示，请给出下列部件

的名称。

1. 2. 3. 4.

图：1.1 读数显微镜的仪器结构示意图

1.2 利用读数显微镜观测牛顿环时，需要使显微镜的十字叉丝交点与牛顿环中心重合。

1 1 十字叉丝位于哪个部位？（）

A.物镜内 B.目镜内 C. 45°玻璃片反射面上 D. 牛顿环仪上

2 1 若观察到的牛顿环如题图所示，应将牛顿环向（）方向移动？

A. 左上 B. 左下 C. 右上 D. 右下

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图：1.2 读数显微镜中观察的牛顿环

1.3 2 读数显微镜测量结果如题图所示，请分别填写读数。

（1） mm （2） mm

图：1.3 读数显微镜测量结果示意图

1.4 2 实验中利用读数显微镜进行测量时，经常会带来空程误差，减小对应的测量不

确定度的操作方法是：。

1.5 2 实验提供以下实验器材：钠光灯、读数显微镜、牛顿环仪、玻璃片，请根据 1题

图中牛顿环形成的实验原理，设计观测牛顿环实验的光路示意图。

1.6 2 利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径时，假设入射光波长为 λ，第 m个暗环（半

径rm，直径 Dm）处的空气层厚度为 δm，平凸透镜的曲率半径为 R，一般设定 δm<<R，根

据理论可推导出曲率半径 R的表达式。基于牛顿环测量平凸透镜曲率半径实验的经验，

实际测量过程中，通常利用下列哪一个公式计算？（）

2 2

4( )

m n

D D

Rm n



1.7 2 利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径实验中，若牛顿环中心是亮斑，下列哪些描

述是可能的原因？（）

A. 平凸透镜与平板玻璃之间接触处有尘埃

B. 平凸透镜存在破损

C. 平板玻璃存在台阶

D. 45°玻璃片反射镜调节不佳

1.8 在牛顿环实验中，钠光灯作为光源，用读数显微镜分别测得竖直十字叉丝与左右两边第

5、10、15、20、25、30 暗环相切的位置读数，分别表示为 d5、d5’、 d10、d10’……依次类推，

如题表所示。

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