刘兆梅,赵云芳,宋珂,雷玉明

• 1:西安交通大学城市学院

摘要(Abstract)：

本研究针对传统牛顿环实验存在的问题，设计并制作了数字式多波长牛顿环实验仪，仪器采用模块化的设计理念，分为光源模块、显微模块、支架模块和测量模块。我们在光源模块设计中，采用多波长、高亮度、无需预热的LED代替钠灯，解决钠灯预热时间长的问题，并拓展实验内容；在显微模块设计中，使用小巧的数字显微镜代替读数显微镜，数字显微镜放大倍率高，成像清晰，可以直接在电脑显示屏上观察和测量，避免长时间在目镜下观测导致的眼睛疲劳；在支架模块设计中，设计一体化支架，对各元件位置进行整体设计，3D打印完成制作，提升便携性，同时降低操作难度；在测量模块设计中，自制定标尺和操作软件，实现定标和测量，通过三点定圆法确定环心，解决了传统仪器测量中环心不易确定的问题，提高测量精度，直接测量半径，简化测量流程。本研究还使用自制仪器测量了牛顿环的曲率半径和蒸馏水的折射率，对结果的不确定度进行了评定。接着针对LED光源波长宽度较宽等问题，进行了仿真实验研究。数字式多波长牛顿环实验仪可应用于大中专院校、教育机构和科普展馆等。

关键词(KeyWords)： 牛顿环;数字式;多波长;LED;波长宽度

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 陕西省“十四五”教育科学规划2024年度课题(SGH24Y2520);; 西安交通大学城市学院第十二批教改项目(XJJG2411)

作者(Author): 刘兆梅,赵云芳,宋珂,雷玉明

参考文献(References)：

• [1] 李寿岭.大学物理实验，多学时[M].西安：西安交通大学出版社，2016.LI S L.University physics experiment (multi-class hours)[M].Xi'an:Xi'an Jiaotong University Press,2016.(in Chinese)
• [2] 安平.规则干涉条纹图像的处理与分析[D].内蒙古工业大学，2017.AN P.Processing and analysis of regular interference fringe images[D].Inner Mongolia University of Technology,2017.(in Chinese)
• [3] 张晓华，高晓娟，赫玉会，等.牛顿环条纹几何参数的自动视觉检测[J].中国测试，2023,49(3):6.ZHANG X H,GAO X J,HE Y H,et al.Automatic visual detection of geometric parameters of Newton Ring fringe[J].China Test,2023,49(3):6.(in Chinese)
• [4] 李凡生.光学实验中图像处理应用的研究[D].西安：西安电子科技大学，2009.LI F S.Research on application of image processing in optical experiment[D].Xi'an:Xidian University,2009.(in Chinese)
• [5] 郭朝霞.基于图像处理的牛顿环应力测量方法研究[D].西安：西安科技大学，2017.GUO Z X.Research on Newton Ring Stress measurement Method based on image processing[D].Xi'an:Xi'an University of Science and Technology,2017.(in Chinese)
• [6] 潘宏垣，何秋跃，黄一平，等.常用LED光源的光谱特性分析研究[J].广西物理，2021,42(1):1-6.PAN H Y,HE Q Y,HUANG Y P,et al.Analysis of spectral characteristics of common LED light sources[J].Guangxi Physics,2021,42(1):1-6.(in Chinese)
• [7] 张思慧，辛琨，邹俭英，等.牛顿环干涉法测量液体折射率的实验研究[J].大学物理实验，2016,29(4):3.ZHANG S H,XIN K,ZOU J Y,et al.Experimental study on measuring refractive index of liquid by Newton Ring interferometry[J].Journal of University Physics Experiments,2016,29(4):3.(in Chinese)
• [8] 赵旺，周薇薇，平兆艳，等.牛顿环等厚干涉的实验仿真与智能分析[J].山西能源学院学报，2019,32(2):3.ZHAO W,ZHOU W W,PING Z Y,et al.Experimental simulation and intelligent Analysis of Newton Ring equal thickness interference[J].Journal of Shanxi Energy University,2019,32(2):3.(in Chinese)