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
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（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
第 41 届全国中学生物理竞赛决赛 实验试题
实验考试 第 2 页/共10 页
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？（ ）
A.
2 2
4( )
m n
D D
Rm n
B.
2
m
r
R
m
C.
2
4
m
D
R
m
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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