题目
在迈克尔逊干涉仪的一支光路中放入一片折射率为n的透明介质薄膜后,测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ,则薄膜的厚度是[ ]A. λ/2B. λ/(2n)C. λ/nD. λ/[2(n-1)]
在迈克尔逊干涉仪的一支光路中放入一片折射率为n的透明介质薄膜后,测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ,则薄膜的厚度是[ ]
A. λ/2
B. λ/(2n)
C. λ/n
D. λ/[2(n-1)]
题目解答
答案
D. λ/[2(n-1)]
解析
考查要点:本题主要考查迈克尔逊干涉仪中光程差的计算,涉及光在不同介质中的传播路径及折射率的影响。
解题核心思路:
- 光程差的定义:光程等于物理路程乘以折射率。
- 路径分析:光在介质薄膜中往返传播,需计算总光程差。
- 建立方程:根据题目中光程差的改变量等于波长λ,联立方程求解薄膜厚度。
破题关键点:
- 往返传播:光需穿过薄膜两次(去程和回程),总光程差为单次差的两倍。
- 折射率影响:介质薄膜的折射率n会使光程增加,需用n乘以物理厚度。
光程差的计算
- 原光路(空气):光在空气中的物理路程为$d$,光程为$d$(折射率$n_{\text{空气}} \approx 1$)。
- 新光路(介质薄膜):光在介质中的物理路程仍为$d$,但光程为$n \cdot d$。
- 总光程差:由于光需穿过薄膜两次(去程和回程),总光程差为:
$\Delta = 2(n \cdot d) - 2d = 2d(n-1)$
建立方程
题目中给出光程差的改变量为$\lambda$,因此:
$2d(n-1) = \lambda$
解得薄膜厚度:
$d = \frac{\lambda}{2(n-1)}$