在劈尖干涉实验中,单色光垂直入射到空气劈尖上,相邻两条暗纹对应的空气薄膜厚度差为( )(其中 lambda 为入射单色光在真空中的波长)A. (lambda)/(4)B. (lambda)/(2)C. lambdaD. 2lambda
在劈尖干涉实验中,单色光垂直入射到空气劈尖上,相邻两条暗纹对应的空气薄膜厚度差为( )(其中 $\lambda$ 为入射单色光在真空中的波长)
A. $\frac{\lambda}{4}$
B. $\frac{\lambda}{2}$
C. $\lambda$
D. $2\lambda$
题目解答
答案
在劈尖干涉中,相邻暗纹对应的空气薄膜厚度差为 $\frac{\lambda}{2}$。这是因为光程差公式为 $\Delta = 2e + \frac{\lambda}{2}$,相邻暗纹的光程差相差 $\lambda$,对应厚度差为 $\frac{\lambda}{2}$。
答案:B
解析
本题考查劈尖干涉的相关知识。解题的关键在于理解劈尖干涉中光程差与空气薄膜厚度的关系,以及相邻暗纹光程差的特点,通过光程差公式来计算相邻两条暗纹对应的空气薄膜厚度差。
步骤一:明确劈尖干涉光程差公式
在劈尖干涉实验中,当单色光垂直入射到空气劈尖上时,光程差公式为$\Delta = 2e+\frac{\lambda}{2}$,其中$e$是空气薄膜的厚度,$\frac{\lambda}{2}$是由于光从光疏介质(空气)射向光密介质(劈尖下表面)反射时产生的半波损失,$\lambda$为入射单色光在真空中的波长。
步骤二:确定相邻暗纹的光程差
对于暗纹,光程差满足$\Delta=(2k + 1)\frac{\lambda}{2}$,$k = 0,1,2,\cdots$。设第$k$条暗纹对应的空气薄膜厚度为$e_{k}$,第$k + 1$条暗纹对应的空气薄膜厚度为$e_{k+1}$。
对于第$k$条暗纹,有$2e_{k}+\frac{\lambda}{2}=(2k + 1)\frac{\lambda}{2}$,化简可得:
$\begin{align*}2e_{k}+\frac{\lambda}{2}&=(2k + 1)\frac{\lambda}{2}\\2e_{k}&=(2k + 1)\frac{\lambda}{2}-\frac{\lambda}{2}\\2e_{k}&=k\lambda\\e_{k}&=\frac{k\lambda}{2}\end{align*}$
对于第$k + 1$条暗纹,有$2e_{k + 1}+\frac{\lambda}{2}=[2(k + 1)+ 1]\frac{\lambda}{2}$,化简可得:
$\begin{align*}2e_{k + 1}+\frac{\lambda}{2}&=(2k + 3)\frac{\lambda}{2}\\2e_{k + 1}&=(2k + 3)\frac{\lambda}{2}-\frac{\lambda}{2}\\2e_{k + 1}&=(k + 1)\lambda\\e_{k + 1}&=\frac{(k + 1)\lambda}{2}\end{align*}$
步骤三:计算相邻两条暗纹对应的空气薄膜厚度差
相邻两条暗纹对应的空气薄膜厚度差$\Delta e=e_{k + 1}-e_{k}$,将$e_{k}=\frac{k\lambda}{2}$和$e_{k + 1}=\frac{(k + 1)\lambda}{2}$代入可得:
$\begin{align*}\Delta e&=\frac{(k + 1)\lambda}{2}-\frac{k\lambda}{2}\\&=\frac{k\lambda+\lambda}{2}-\frac{k\lambda}{2}\\&=\frac{\lambda}{2}\end{align*}$