题目
在利用牛顿环测未知单色光波长的实验中,当用已知波长为589.3nm的钠黄光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为(Delta )_(1)=4times (10)^-3m;而当用未知单色光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为(Delta )_(1)=4times (10)^-3m,求未知单色光的波长。
在利用牛顿环测未知单色光波长的实验中,当用已知波长为589.3nm的钠黄光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为
;而当用未知单色光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为
,求未知单色光的波长。
题目解答
答案
546nm。
解析
步骤 1:牛顿环的暗环条件
牛顿环实验中,暗环的条件是光程差为半波长的整数倍,即:
\[2R\Delta r = (m + \frac{1}{2})\lambda\]
其中,$R$是平凸透镜的曲率半径,$\Delta r$是暗环半径,$m$是暗环序号,$\lambda$是光波长。
步骤 2:计算暗环间距
对于第一和第四暗环,暗环间距$\Delta r$与暗环序号$m$的关系为:
\[\Delta r = \sqrt{\frac{(m + \frac{1}{2})\lambda R}{2}}\]
因此,第一和第四暗环间距$\Delta$为:
\[\Delta = \Delta r_4 - \Delta r_1 = \sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda R}{2}}\]
步骤 3:利用已知条件求解未知波长
根据题目条件,当用已知波长为589.3nm的钠黄光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为${\Delta }_{1}=4\times {10}^{-3}m$;而当用未知单色光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为${\Delta }_{2}=3.85\times {10}^{-3}m$。根据步骤2中的公式,可以得到:
\[\Delta_1 = \sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}}\]
\[\Delta_2 = \sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}}\]
其中,$\lambda_1 = 589.3nm$,$\lambda_2$为未知单色光的波长。由于$\Delta_1$和$\Delta_2$已知,可以解出$\lambda_2$。
步骤 4:计算未知单色光的波长
将已知条件代入步骤3中的公式,可以得到:
\[\frac{\Delta_2}{\Delta_1} = \frac{\sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}}}{\sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}}}\]
化简后,可以得到:
\[\lambda_2 = \lambda_1 \left(\frac{\Delta_2}{\Delta_1}\right)^2\]
代入已知数值,可以得到未知单色光的波长。
牛顿环实验中,暗环的条件是光程差为半波长的整数倍,即:
\[2R\Delta r = (m + \frac{1}{2})\lambda\]
其中,$R$是平凸透镜的曲率半径,$\Delta r$是暗环半径,$m$是暗环序号,$\lambda$是光波长。
步骤 2:计算暗环间距
对于第一和第四暗环,暗环间距$\Delta r$与暗环序号$m$的关系为:
\[\Delta r = \sqrt{\frac{(m + \frac{1}{2})\lambda R}{2}}\]
因此,第一和第四暗环间距$\Delta$为:
\[\Delta = \Delta r_4 - \Delta r_1 = \sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda R}{2}}\]
步骤 3:利用已知条件求解未知波长
根据题目条件,当用已知波长为589.3nm的钠黄光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为${\Delta }_{1}=4\times {10}^{-3}m$;而当用未知单色光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为${\Delta }_{2}=3.85\times {10}^{-3}m$。根据步骤2中的公式,可以得到:
\[\Delta_1 = \sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}}\]
\[\Delta_2 = \sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}}\]
其中,$\lambda_1 = 589.3nm$,$\lambda_2$为未知单色光的波长。由于$\Delta_1$和$\Delta_2$已知,可以解出$\lambda_2$。
步骤 4:计算未知单色光的波长
将已知条件代入步骤3中的公式,可以得到:
\[\frac{\Delta_2}{\Delta_1} = \frac{\sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_2 R}{2}}}{\sqrt{\frac{(4 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}} - \sqrt{\frac{(1 + \frac{1}{2})\lambda_1 R}{2}}}\]
化简后,可以得到:
\[\lambda_2 = \lambda_1 \left(\frac{\Delta_2}{\Delta_1}\right)^2\]
代入已知数值,可以得到未知单色光的波长。