下列说法正确的是A. 劈尖干涉的条纹是非等宽的,牛顿环随半径增加而变疏B. 劈尖干涉的条纹是非等宽的,牛顿环随半径增加而变密C. 劈尖干涉的条纹是等宽的,牛顿环随半径增加而变疏D. 劈尖干涉的条纹是等宽的,牛顿环随半径增加而变密
A. 劈尖干涉的条纹是非等宽的,牛顿环随半径增加而变疏
B. 劈尖干涉的条纹是非等宽的,牛顿环随半径增加而变密
C. 劈尖干涉的条纹是等宽的,牛顿环随半径增加而变疏
D. 劈尖干涉的条纹是等宽的,牛顿环随半径增加而变密
题目解答
答案
解析
本题考查劈尖干涉和牛顿环的条纹特点相关知识。解题思路是分别分析劈尖干涉条纹的宽度特性以及牛顿环条纹随半径变化的疏密特性。
1. 分析劈尖干涉条纹的宽度特性
劈尖干涉是由两块平板玻璃一端接触,另一端夹一薄片形成的空气劈尖产生的干涉现象。设劈尖的夹角为$\theta$,相邻两条明纹(或暗纹)对应的空气膜厚度差为$\Delta e = \frac{\lambda}{2}$($\lambda$为入射光的波长)。
相邻两条明纹(或暗纹)的间距$l$满足$\sin\theta=\frac{\Delta e}{l}$,由于$\theta$很小,$\sin\theta\approx\theta$,则$l = \frac{\lambda}{2\theta}$。
由此可见,在劈尖干涉中,相邻条纹的间距$l$只与波长$\lambda$和劈尖夹角$\theta$有关,而$\lambda$和$\theta$在同一实验条件下是常数,所以劈尖干涉的条纹是等宽的。
2. 分析牛顿环条纹随半径变化的疏密特性
牛顿环是由一个曲率半径很大的平凸透镜放在一块平板玻璃上,在它们之间形成一个厚度由中心向外逐渐增加的空气薄膜,当用平行光照射时,在空气薄膜上下表面反射的光发生干涉形成的。
牛顿环的明环半径公式为$r_{明}=\sqrt{(2k - 1)R\frac{\lambda}{2}}$($k = 1,2,3,\cdots$,$R$为平凸透镜的曲率半径),暗环半径公式为$r_{暗}=\sqrt{kR\lambda}$($k = 0,1,2,\cdots$)。
相邻两条明环(或暗环)的间距$\Delta r=r_{k + 1}-r_{k}$,以暗环为例:
$r_{k}=\sqrt{kR\lambda}$,$r_{k + 1}=\sqrt{(k + 1)R\lambda}$,则$\Delta r=\sqrt{(k + 1)R\lambda}-\sqrt{kR\lambda}=R\lambda(\sqrt{k + 1}-\sqrt{k})=\frac{R\lambda}{\sqrt{k + 1}+\sqrt{k}}$。
随着半径$r$的增加,$k$值增大,$\Delta r$减小,即牛顿环随半径增加而变疏。