题目
用波长为λ的单色光垂直照射如图所示的牛顿环装置,观察从空气膜上下表面反射的光形成的牛顿环。若使平凸透镜慢慢地垂直向上移动,从透镜顶点与平面玻璃接触到两者距离为d的移动过程中,移过视场中某固定观察点的条纹数目等于 ____ 。
用波长为λ的单色光垂直照射如图所示的牛顿环装置,观察从空气膜上下表面反射的光形成的牛顿环。若使平凸透镜慢慢地垂直向上移动,从透镜顶点与平面玻璃接触到两者距离为d的移动过程中,移过视场中某固定观察点的条纹数目等于 ____ 。题目解答
答案
解:平凸透镜慢慢垂直向上移动,光程差增加。从透镜顶点与平面玻璃接触到两者距离为d的移动过程中,光程差增加量为
δ=2d
且有
δ=Nλ
解得
N=$\frac{2d}{λ}$
故答案为:$\frac{2d}{λ}$
δ=2d
且有
δ=Nλ
解得
N=$\frac{2d}{λ}$
故答案为:$\frac{2d}{λ}$
解析
考查要点:本题主要考查牛顿环实验中光程差的变化与条纹移动数目的关系,需理解光程差随空气膜厚度变化的规律。
解题核心思路:
- 光程差公式:空气膜厚度为$h$时,光程差为$\delta = 2h + \frac{\lambda}{2}$(考虑反射引起的半波损失)。
- 条纹移动条件:光程差每变化一个波长$\lambda$,对应移过一个条纹。
- 总变化量计算:透镜移动过程中,空气膜厚度从$0$增加到$d$,光程差增加量为$\Delta \delta = 2d$,由此可求出移过的条纹数。
破题关键点:
- 明确光程差的表达式,正确处理反射引起的相位差。
- 理解光程差变化量与条纹数的线性关系。
光程差的变化分析
当平凸透镜从接触平面玻璃($h=0$)移动到距离$d$时,空气膜厚度$h$从$0$增加到$d$。
- 初始时刻:$h=0$,光程差为$\delta_0 = 0 + \frac{\lambda}{2} = \frac{\lambda}{2}$(对应暗纹)。
- 最终时刻:$h=d$,光程差为$\delta_d = 2d + \frac{\lambda}{2}$。
光程差总变化量
光程差增加量为:
$\Delta \delta = \delta_d - \delta_0 = \left(2d + \frac{\lambda}{2}\right) - \frac{\lambda}{2} = 2d.$
条纹数目计算
光程差每变化$\lambda$,移过一个条纹,因此移过的条纹数为:
$N = \frac{\Delta \delta}{\lambda} = \frac{2d}{\lambda}.$