题目
在双缝干涉装置中,若将一肥皂膜(n=1.33)放入双缝中一条缝的后面的光路中,当用波长为600nm的光垂直照射双缝时,干涉条纹的中心极大(零级)移到不放肥皂膜时的第三级极大处,则肥皂膜的厚度是多少?A. 5.454times10^-7B. 5.454times10^-8C. 5.454times10^-6D. 5.454times10^-9
在双缝干涉装置中,若将一肥皂膜($n=1.33$)放入双缝中一条缝的后面的光路中,当用波长为600nm的光垂直照射双缝时,干涉条纹的中心极大(零级)移到不放肥皂膜时的第三级极大处,则肥皂膜的厚度是多少?
A. $5.454\times10^{-7}$
B. $5.454\times10^{-8}$
C. $5.454\times10^{-6}$
D. $5.454\times10^{-9}$
题目解答
答案
C. $5.454\times10^{-6}$
解析
本题考查双缝干涉以及光程差的相关相关知识。解题的关键思路是是先明确不放肥皂膜时第三级极大处的光程差,再分析放入肥皂膜后零级极大处的光程差,根据这两个光程差相等建立等式来求解肥皂膜的厚度。
- 计算不放肥皂膜放入前第三级极大处的光程差:
在双缝干涉中,光程差$\Delta L = k\lambda\lambda$($k$为干涉级次,$\lambda$为光的波长)。
已知不放肥皂膜膜时第三级极大处,此时$k = 3$,光的波长$\lambda=600nm = 600\times10^{-8}m$,则光程差$\Delta L_1=3\lambda$。 - 计算肥皂膜放入后零级极大处的光光程差:
当在一条缝后放入厚度为$d$、折射率为$n = 1.33$的肥皂膜时,光通过肥皂膜的光程为$nd$,而在空气中的光程为$d$,所以光程差的变化量为$(n - 1)d$。
此时零级极大处光程差为$0$,那么此时相当于原来的光程差被肥皂膜产生的光程差所补偿,即$\Delta L_2=(n - 1)d$。 - **根据光程差相等建立等式求解厚度\(thickness)**:
因为干涉条纹的中心极大(零级)移到不放肥皂膜时的第三级极大处,所以$\Delta L_1=\Delta L_2$,即$3\lambda=(n - 1)d$。
将$\lambda = 600nm = 600\times10^{-9}m$,$n = 1.33$代入上式可得:
$d=\frac{3\lambda}{n - 1}=\frac{3\times600\times10^{-9}{1.33 - 1}$
$=\frac{1800\times10^{-9}}{0.33}$m})
$\approx5.454\times10^{-6}m$