在白光垂直照射单缝而产生的衍射图样中,波长λ₁的光的第2级明纹与波长λ₂的光的第3级明纹相重合,则这两种光的波长之比λ₁/ λ₂为( )A 4:3 B 9:7 C 3:4 D 7:5
在白光垂直照射单缝而产生的衍射图样中,波长λ₁的光的第2级明纹与波长λ₂的光的第3级明纹相重合,则这两种光的波长之比λ₁/ λ₂为( )
A 4:3
B 9:7
C 3:4
D 7:5
题目解答
答案
根据单缝衍射的明暗纹条件,明纹出现在:

其中,n 是明纹的级数,λ 是光的波长,L 是屏到缝的距离,d 是缝宽。
对于波长λ₁的光,其第2级明纹的位置为:

对于波长λ₂的光,其第3级明纹的位置为:

这两种光的这两级明纹在屏上相重合,即它们的位置相同,所以:

代入前面得到的明纹位置公式,得到:

由于L和d都是相同的常数,得到:

所以,这两种光的波长之比为7:5。
答案:D。
解析
考查要点:本题主要考查单缝衍射中明纹的条件及其应用,需要根据明纹重合的条件建立方程求解波长比。
解题核心思路:
单缝衍射中,明纹的位置由公式 $x = \left(n + \dfrac{1}{2}\right)\lambda \dfrac{L}{d}$ 决定,其中 $n$ 为明纹级数。当两种光的某两级明纹重合时,它们的 $x$ 值相等,由此可建立方程求解波长比。
破题关键点:
- 明确明纹级数对应的公式:第 $n$ 级明纹对应的系数为 $\left(n + \dfrac{1}{2}\right)$。
- 建立等式:两种光的明纹位置相等,即 $\left(n_1 + \dfrac{1}{2}\right)\lambda_1 = \left(n_2 + \dfrac{1}{2}\right)\lambda_2$,其中 $n_1 = 2$,$n_2 = 3$。
根据单缝衍射的明纹条件,明纹位置为:
$x = \left(n + \dfrac{1}{2}\right)\lambda \dfrac{L}{d}$
其中 $n$ 是明纹级数,$\lambda$ 是波长,$L$ 是屏到缝的距离,$d$ 是缝宽。
步骤1:写出两种光的明纹位置表达式
- 波长 $\lambda_1$ 的光第2级明纹:
$x_1 = \left(2 + \dfrac{1}{2}\right)\lambda_1 \dfrac{L}{d} = \dfrac{5}{2}\lambda_1 \dfrac{L}{d}$ - 波长 $\lambda_2$ 的光第3级明纹:
$x_2 = \left(3 + \dfrac{1}{2}\right)\lambda_2 \dfrac{L}{d} = \dfrac{7}{2}\lambda_2 \dfrac{L}{d}$
步骤2:根据明纹重合条件列方程
由于 $x_1 = x_2$,代入得:
$\dfrac{5}{2}\lambda_1 \dfrac{L}{d} = \dfrac{7}{2}\lambda_2 \dfrac{L}{d}$
步骤3:化简求波长比
约去公共因子 $\dfrac{L}{d}$ 和 $\dfrac{1}{2}$,得:
$5\lambda_1 = 7\lambda_2 \quad \Rightarrow \quad \dfrac{\lambda_1}{\lambda_2} = \dfrac{7}{5}$
因此,波长之比为 7:5。