题目
在单缝衍射实验中,缝宽a = 0.2mm,透镜焦距f = 0.4m,入射光波长 = 500nm,则在距离中央亮纹中心位置2mm处是亮纹还是暗纹?从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带?A. 亮纹,3个半波带B. 亮纹,4个半波带C. 暗纹,3个半波带D. 暗纹,4个半波带
在单缝衍射实验中,缝宽a = 0.2mm,透镜焦距f = 0.4m,入射光波长 = 500nm,则在距离中央亮纹中心位置2mm处是亮纹还是暗纹?从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带?
A. 亮纹,3个半波带
B. 亮纹,4个半波带
C. 暗纹,3个半波带
D. 暗纹,4个半波带
题目解答
答案
D. 暗纹,4个半波带
解析
单缝衍射的暗纹条件是波阵面被分成偶数个半波带,此时各半波带内的光相互抵消,导致总光强为零。本题需判断给定位置的明暗性质及对应的半波带数目。
关键公式:
暗纹位置满足 $a \cdot y = k \lambda f$,其中 $k$ 为整数。对应的半波带数目为 $m = 2k$。若 $k$ 为整数,则该位置为暗纹,且半波带数目为偶数。
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计算 $k$ 的值
代入已知条件:
$k = \frac{a \cdot y}{\lambda f} = \frac{0.0002 \, \text{m} \cdot 0.002 \, \text{m}}{5 \times 10^{-7} \, \text{m} \cdot 0.4 \, \text{m}} = \frac{4 \times 10^{-7}}{2 \times 10^{-7}} = 2.$
$k = 2$ 为整数,说明该位置是暗纹。 -
确定半波带数目
半波带数目为 $m = 2k = 2 \cdot 2 = 4$,且 $m$ 为偶数,符合暗纹条件。