题目
折射率为1.60的两块标准平面玻璃板之间形成一个劈形膜(劈尖角θ很小).用波长λ=600nm(1nm=10−9m)的单色光垂直入射,产生等厚干涉条纹.假如在劈形膜内充满n=1.40的液体时的相邻明纹间距比劈形膜内是空气时的间距缩小Δl=0.5mm,那么劈尖角θ应是多少?
折射率为1.60的两块标准平面玻璃板之间形成一个劈形膜(劈尖角θ很小).用波长λ=600nm(1nm=10−9m)的单色光垂直入射,产生等厚干涉条纹.假如在劈形膜内充满n=1.40的液体时的相邻明纹间距比劈形膜内是空气时的间距缩小Δl=0.5mm,那么劈尖角θ应是多少?
题目解答
答案
1.7×10−4
解析
本题考查光的干涉中劈形膜的等厚干涉现象,关键在于理解折射率变化对光程差的影响以及相邻明纹间距的计算。解题核心思路如下:
- 光程差公式:当劈形膜内介质为折射率$n$时,光程差为$\Delta = 2nd$,其中$d$为膜厚度。
- 明纹条件:相邻明纹对应的厚度差$\Delta d = \lambda/(2n)$,结合劈尖角$\theta$,可得相邻明纹间距$\Delta x = \lambda/(2n\theta)$。
- 介质变化的影响:空气($n=1.00$)与液体($n=1.40$)时的间距差$\Delta l$建立方程,求解$\theta$。
光程差与明纹条件
- 空气情况:光程差$\Delta_{\text{air}} = 2 \cdot 1.00 \cdot d$,相邻明纹间距$\Delta x_{\text{air}} = \lambda/(2 \cdot 1.00 \cdot \theta)$。
- 液体情况:光程差$\Delta_{\text{liquid}} = 2 \cdot 1.40 \cdot d$,相邻明纹间距$\Delta x_{\text{liquid}} = \lambda/(2 \cdot 1.40 \cdot \theta)$。
间距差方程
根据题意,间距缩小$\Delta l = 0.5 \, \text{mm}$,即:
$\Delta x_{\text{air}} - \Delta x_{\text{liquid}} = \frac{\lambda}{2\theta} \left( \frac{1}{1.00} - \frac{1}{1.40} \right) = 0.5 \times 10^{-3} \, \text{m}.$
代入数据求解
将$\lambda = 600 \, \text{nm} = 600 \times 10^{-9} \, \text{m}$代入方程:
$\frac{600 \times 10^{-9}}{2\theta} \cdot \frac{0.4}{1.4} = 0.5 \times 10^{-3}.$
化简得:
$\theta = \frac{600 \times 10^{-9} \cdot 0.4}{2 \cdot 1.4 \cdot 0.5 \times 10^{-3}} = 1.7 \times 10^{-4}.$