题目
在空气中垂直入射的白光从肥皂膜上反射,在可见光谱中630nm处有一干涉极大,而在525nm处有一干涉极小,在这极大与极小之间没有另外的极小,假定膜的厚度是均匀的,求这膜的厚度,肥皂水的折射率看作与水相同,为1.33.
在空气中垂直入射的白光从肥皂膜上反射,在可见光谱中630nm处有一干涉极大,而在525nm处有一干涉极小,在这极大与极小之间没有另外的极小,假定膜的厚度是均匀的,求这膜的厚度,肥皂水的折射率看作与水相同,为1.33.
题目解答
答案
解析
步骤 1:确定光程差
肥皂膜的厚度为e,肥皂水的折射率为n。当光垂直入射时,两束反射光之间的光程差为 $\Delta =2ne+\dfrac {\lambda }{2}$,其中$\lambda$为光的波长。
步骤 2:列出干涉条件
在630nm处有一干涉极大,干涉条件为 $2ne+\dfrac {{\lambda }_{1}}{2}=k{\lambda }_{1}$,其中${\lambda }_{1}=630nm$,k为整数。
在525nm处有一干涉极小,干涉条件为 $2ne+\dfrac {{\lambda }_{2}}{2}=(2k'+1)\dfrac {{\lambda }_{2}}{2}$,其中${\lambda }_{2}=525nm$,k'为整数。
步骤 3:求解膜的厚度
由干涉条件可得 $2ne=(k-\dfrac {1}{2}){\lambda }_{1}$ 和 $2ne=k'{\lambda }_{2}$,联立这两个方程,可以解出膜的厚度e。
$(k-\dfrac {1}{2}){\lambda }_{1}=k'{\lambda }_{2}$,代入${\lambda }_{1}=630nm$和${\lambda }_{2}=525nm$,得到 $525k'=630k-315$。
因为在这极大与极小之间没有另外的极小,只能取满足条件的最小整数的k和k',解得 $k=3$,$k'=3$。
代入$2ne=k'{\lambda }_{2}$,得到膜的厚度 $e=\dfrac {3\times {\lambda }_{2}}{2n}=\dfrac {3\times 525}{2\times 1.33}=592(nm)$。
肥皂膜的厚度为e,肥皂水的折射率为n。当光垂直入射时,两束反射光之间的光程差为 $\Delta =2ne+\dfrac {\lambda }{2}$,其中$\lambda$为光的波长。
步骤 2:列出干涉条件
在630nm处有一干涉极大,干涉条件为 $2ne+\dfrac {{\lambda }_{1}}{2}=k{\lambda }_{1}$,其中${\lambda }_{1}=630nm$,k为整数。
在525nm处有一干涉极小,干涉条件为 $2ne+\dfrac {{\lambda }_{2}}{2}=(2k'+1)\dfrac {{\lambda }_{2}}{2}$,其中${\lambda }_{2}=525nm$,k'为整数。
步骤 3:求解膜的厚度
由干涉条件可得 $2ne=(k-\dfrac {1}{2}){\lambda }_{1}$ 和 $2ne=k'{\lambda }_{2}$,联立这两个方程,可以解出膜的厚度e。
$(k-\dfrac {1}{2}){\lambda }_{1}=k'{\lambda }_{2}$,代入${\lambda }_{1}=630nm$和${\lambda }_{2}=525nm$,得到 $525k'=630k-315$。
因为在这极大与极小之间没有另外的极小,只能取满足条件的最小整数的k和k',解得 $k=3$,$k'=3$。
代入$2ne=k'{\lambda }_{2}$,得到膜的厚度 $e=\dfrac {3\times {\lambda }_{2}}{2n}=\dfrac {3\times 525}{2\times 1.33}=592(nm)$。