题目
用一束具有两种波长的平行光垂直入射在光栅上,λ1=600nm,λ2=400nm,发现距中央明纹5cm处 λ1光的第k级主极大和 λ2光的第(k+1)级主相重合,放置在光栅与屏之间的透镜的焦距f=50cm,试求:(1)上述的k值;(2)光栅常量d..
用一束具有两种波长的平行光垂直入射在光栅上,λ1=600nm,λ2=400nm,发现距中央明纹5cm处 λ1光的第k级主极大和 λ2光的第(k+1)级主相重合,放置在光栅与屏之间的透镜的焦距f=50cm,试求:
(1)上述的k值;
(2)光栅常量d.
.题目解答
答案
- (1)
k=2
- (2)
α=12μm
解析
步骤 1:确定光栅方程
光栅方程为:\(d\sin\theta = k\lambda\),其中\(d\)是光栅常量,\(\theta\)是衍射角,\(k\)是主极大级数,\(\lambda\)是光的波长。
步骤 2:确定衍射角
由于光垂直入射,且光栅与屏之间的透镜焦距为\(f=50cm\),则衍射角\(\theta\)可以通过几何关系确定。在小角近似下,\(\sin\theta \approx \tan\theta = \frac{y}{f}\),其中\(y\)是光斑到中央明纹的距离,即\(y=5cm\)。
步骤 3:建立方程
根据题意,\(\lambda_1\)光的第\(k\)级主极大和\(\lambda_2\)光的第\((k+1)\)级主极大重合,因此有\(d\sin\theta = k\lambda_1 = (k+1)\lambda_2\)。
步骤 4:求解\(k\)值
将\(\sin\theta = \frac{y}{f} = \frac{5cm}{50cm} = 0.1\)代入方程,得到\(d \times 0.1 = k\lambda_1 = (k+1)\lambda_2\),即\(0.1d = k \times 600nm = (k+1) \times 400nm\)。
步骤 5:求解\(d\)值
将\(k\)值代入方程,求解\(d\)。
光栅方程为:\(d\sin\theta = k\lambda\),其中\(d\)是光栅常量,\(\theta\)是衍射角,\(k\)是主极大级数,\(\lambda\)是光的波长。
步骤 2:确定衍射角
由于光垂直入射,且光栅与屏之间的透镜焦距为\(f=50cm\),则衍射角\(\theta\)可以通过几何关系确定。在小角近似下,\(\sin\theta \approx \tan\theta = \frac{y}{f}\),其中\(y\)是光斑到中央明纹的距离,即\(y=5cm\)。
步骤 3:建立方程
根据题意,\(\lambda_1\)光的第\(k\)级主极大和\(\lambda_2\)光的第\((k+1)\)级主极大重合,因此有\(d\sin\theta = k\lambda_1 = (k+1)\lambda_2\)。
步骤 4:求解\(k\)值
将\(\sin\theta = \frac{y}{f} = \frac{5cm}{50cm} = 0.1\)代入方程,得到\(d \times 0.1 = k\lambda_1 = (k+1)\lambda_2\),即\(0.1d = k \times 600nm = (k+1) \times 400nm\)。
步骤 5:求解\(d\)值
将\(k\)值代入方程,求解\(d\)。