两个边长都为20cm的正方形玻璃片重叠放置,现在两板之间紧贴边缘处插入一个小纸条,并用波长为560nm的单色光垂直照射到玻璃片上,沿着入射方向观察,相邻两条暗条纹之间的距离是1.4mm,则小纸条的厚度为_______mm。?
两个边长都为20cm的正方形玻璃片重叠放置,现在两板之间紧贴边缘处插入一个小纸条,并用波长为560nm的单色光垂直照射到玻璃片上,沿着入射方向观察,相邻两条暗条纹之间的距离是1.4mm,则小纸条的厚度为_______mm。?
题目解答
答案
0.04
解析
本题考查光的干涉现象中的劈形膜干涉。关键点在于理解暗条纹形成的条件以及条纹间距与膜厚、几何参数的关系。解题的核心思路是:
- 确定暗条纹的光程差条件:光程差为半波长的奇数倍;
- 建立条纹间距公式:利用劈角与膜厚的关系,结合条纹间距公式求解纸条厚度。
步骤1:分析暗条纹的形成条件
在空气劈形膜中,垂直入射单色光时,暗条纹的光程差满足:
$2t = \left(m+\frac{1}{2}\right)\lambda$
其中$t$为膜厚,$m$为整数。相邻暗条纹对应的膜厚差为$\Delta t = \frac{\lambda}{2}$。
步骤2:建立条纹间距与膜厚的关系
设纸条厚度为$d$,玻璃片边长为$L$,则劈角$\theta \approx \frac{d}{L}$。沿长度方向移动$\Delta x$时,膜厚变化$\Delta t = \theta \Delta x$。由$\Delta t = \frac{\lambda}{2}$得:
$\Delta x = \frac{\lambda}{2\theta} = \frac{\lambda L}{2d}$
步骤3:代入已知量求解$d$
已知$\Delta x = 1.4 \, \text{mm} = 1.4 \times 10^{-3} \, \text{m}$,$\lambda = 560 \, \text{nm} = 560 \times 10^{-9} \, \text{m}$,$L = 20 \, \text{cm} = 0.2 \, \text{m}$,代入公式:
$1.4 \times 10^{-3} = \frac{560 \times 10^{-9} \times 0.2}{2d}$
解得:
$d = \frac{560 \times 10^{-9} \times 0.2}{2 \times 1.4 \times 10^{-3}} = 4 \times 10^{-5} \, \text{m} = 0.04 \, \text{mm}$