题目
在空气中用波长为lambda的单色光进行双缝干涉实验时,观测到相邻的干涉明条纹的间距为1.33(mm),当把实验装置放在水中时(水的折射率为1.33),测相邻明条纹的间距为[ ]A. 2(mm)B. 2.5(mm)C. 1.5(mm)D. 1(mm)
在空气中用波长为$\lambda$的单色光进行双缝干涉实验时,观测到相邻的干涉明条纹的间距为$1.33\text{mm}$,当把实验装置放在水中时(水的折射率为$1.33$),测相邻明条纹的间距为[ ]
A. $2\text{mm}$
B. $2.5\text{mm}$
C. $1.5\text{mm}$
D. $1\text{mm}$
题目解答
答案
D. $1\text{mm}$
解析
本题考查双缝干涉条纹间距公式以及光在不同介质中波长的变化,解题思路是先明确双缝干涉条纹间距公式,再分析光从空气进入水中波长的变化,最后根据公式计算在水中相邻明条纹的间距。
- 明确双缝干涉条纹间距公式:
在双缝干涉实验中,相邻明条纹的间距公式为$\Delta x = \frac{L}{d}\lambda$,其中$\Delta x$是相邻明条纹的间距,$L$是双缝到光屏的距离,$d$是双缝之间的距离,$\lambda$是光的波长。
在空气中时,相邻明条纹的间距$\Delta x_{空}=\frac{L}{d}\lambda_{空}$,已知$\Delta x_{空}=1.33\text{mm}$。 - 分析光从空气进入水中波长的变化:
光从一种介质进入另一种介质时,频率$f$不变。根据波速公式$v = \lambda f$,以及折射率公式$n=\frac{c}{v}$(其中$c$是真空中的光速,$v$是光在介质中的速度),可得光在水中的波长$\lambda_{水}$与在空气中的波长$\lambda_{空}$的关系。
由$n=\frac{c}{v}$和$v = \lambda f$可得$n=\frac{c}{\lambda_{水}f}$,又因为$c=\lambda_{空}f$,所以$n=\frac{\lambda_{空}}{\lambda_{水}}$,则$\lambda_{水}=\frac{\lambda_{空}}{n}$。
已知水的折射率$n = 1.33$。 - 计算在水中相邻明条纹的间距:
在水中时,相邻明条纹的间距$\Delta x_{水}=\frac{L}{d}\lambda_{水}$。
将$\lambda_{水}=\frac{\lambda_{空}}{n}$代入$\Delta x_{水}=\frac{L}{d}\lambda_{水}$,可得$\Delta x_{水}=\frac{L}{d}\cdot\frac{\lambda_{空}}{n}$。
因为$\Delta x_{空}=\frac{L}{d}\lambda_{空}=1.33\text{mm}$,所以$\Delta x_{水}=\frac{\Delta x_{空}}{n}$。
把$\Delta x_{空}=1.33\text{mm}$,$n = 1.33$代入上式,可得$\Delta x_{水}=\frac{1.33}{1.33}=1\text{mm}$。