题目
迎面驶来的汽车两盏前灯相距1.2m,则当汽车距离为_________时,人眼睛才能分辨这两盏前灯。假设人的眼瞳直径为0.5mm,而入射光波长为550.0nm。
迎面驶来的汽车两盏前灯相距1.2m,则当汽车距离为_________时,人眼睛才能分辨这两盏前灯。假设人的眼瞳直径为0.5mm,而入射光波长为550.0nm。
题目解答
答案
894m
解析
考查要点:本题主要考查人眼的分辨率与光学衍射相关知识,需要结合瑞利准则(Rayleigh criterion)进行计算。
解题核心思路:
- 瑞利准则指出,人眼能分辨两个点光源的最小角距离为 $\theta = 1.22 \frac{\lambda}{D}$,其中 $\lambda$ 是光波波长,$D$ 是瞳孔直径。
- 将角距离 $\theta$ 转换为实际距离关系:当汽车距离为 $L$ 时,两灯间距 $d$ 对应的角 $\theta \approx \frac{d}{L}$。
- 联立方程求解 $L$,注意单位换算。
破题关键点:
- 正确应用瑞利准则公式,明确公式中各物理量的含义。
- 单位统一:将波长(纳米)和瞳孔直径(毫米)转换为米。
- 几何近似:当 $L$ 很大时,用直角三角形近似计算角距离。
步骤1:写出瑞利准则公式
根据瑞利准则,最小分辨角为:
$\theta = 1.22 \frac{\lambda}{D}$
其中 $\lambda = 550 \, \text{nm} = 550 \times 10^{-9} \, \text{m}$,$D = 0.5 \, \text{mm} = 0.5 \times 10^{-3} \, \text{m}$。
步骤2:建立几何关系
两灯间距 $d = 1.2 \, \text{m}$,汽车距离为 $L$,则角 $\theta \approx \frac{d}{L}$。
步骤3:联立方程求解 $L$
将 $\theta = \frac{d}{L}$ 代入瑞利准则公式:
$\frac{d}{L} = 1.22 \frac{\lambda}{D}$
解得:
$L = \frac{d D}{1.22 \lambda}$
步骤4:代入数据计算
$L = \frac{1.2 \times 0.5 \times 10^{-3}}{1.22 \times 550 \times 10^{-9}} \approx \frac{6 \times 10^{-4}}{6.71 \times 10^{-7}} \approx 894 \, \text{m}$