牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃间留有一厚度为d的气腺,若调节平凸透镜与平板玻璃远离,此过程中牛顿挤条纹将向中心凹陷。A. 正确B. 错误
A. 正确
B. 错误
题目解答
答案
解析
本题考查牛顿环的原理以及条纹变化与空气膜厚度变化的关系。解题的关键在于理解牛顿环条纹的形成是由空气膜上下表面反射光的干涉造成的,并且要明确干涉条纹对应的空气膜厚度与条纹位置的关系,通过分析平凸透镜与平板玻璃远离时空气膜厚度的变化,进而判断条纹的移动情况。
1. 牛顿环条纹形成原理
牛顿环是一种典型的等厚干涉现象。在牛顿环装置中,平凸透镜的凸面与平板玻璃之间形成一个厚度不均匀的空气膜。当平行光垂直照射时,空气膜上下表面反射的光会发生干涉,形成明暗相间的同心圆环条纹。
设空气膜厚度为 $e$,在空气膜上下表面反射光的光程差为 $\Delta = 2e+\frac{\lambda}{2}$(其中 $\frac{\lambda}{2}$ 是由于光从光疏介质(空气)射向光密介质(玻璃)在反射时产生的半波损失)。
对于明条纹,满足光程差条件 $\Delta = 2e+\frac{\lambda}{2}=(2k + 1)\frac{\lambda}{2}$,$k = 0,1,2,\cdots$,化简可得 $e = k\frac{\lambda}{2}$。
对于暗条纹,满足光程差条件 $\Delta = 2e+\frac{\lambda}{2}=k\lambda$,$k = 1,2,3,\cdots$,化简可得 $e=(k - \frac{1}{2})\frac{\lambda}{2}$。
2. 分析平凸透镜与平板玻璃远离时空气膜厚度的变化
当调节平凸透镜与平板玻璃远离时,原来某一厚度 $e$ 的空气膜位置会向外侧移动。也就是说,原来在外侧较厚空气膜处的厚度,现在在更外侧的位置才能达到。
3. 判断条纹的移动情况
根据上述牛顿环条纹对应的空气膜厚度公式可知,每一条条纹都对应着一个特定的空气膜厚度。当空气膜厚度分布发生变化,原来对应某一厚度 $e$ 的条纹位置会随着该厚度空气膜位置的移动而移动。由于原来较厚空气膜位置向外侧移动,所以条纹会向外侧移动,而不是向中心凹陷。