如图所示,波长为680nm的平行光垂直照射到L=0.12m长的两块玻璃片上,两玻璃片一边相互接触,另一边被直径d=0.048mm的细钢丝隔开。求:(1)两玻璃片间的夹角theta 是多少?(2)相邻两明条纹间空气膜的厚度差是多少?(3)相邻两暗条纹的间距是多少?(4)在这0.12m内呈现多少条明条纹?
如图所示,波长为680nm的平行光垂直照射到L=0.12m长的两块玻璃片上,两玻璃片一边相互接触,另一边被直径d=0.048mm的细钢丝隔开。求:

(1)两玻璃片间的夹角$$\theta $$是多少?
(2)相邻两明条纹间空气膜的厚度差是多少?
(3)相邻两暗条纹的间距是多少?
(4)在这0.12m内呈现多少条明条纹?
题目解答
答案
(1)由图知,$$L \sin \theta=d$$,即$$L \theta=d$$
故$$\theta =\frac{d}{L} =\frac{0.048}{0.12\times 10^3} =4.0\times10^{-4}(rad)$$
(2)相邻两明条纹间空气膜的厚度差为$$\Delta e=\frac{\lambda }{2} =3.4\times 10^{-7}m$$
(3)相邻两暗条纹间距
$$l=\frac{\lambda}{2 \theta}=\frac{6800 \times 10^{-10}}{2 \times 4.0 \times 10^{-4}}$$
$$=850 \times 10^{-6} m=0.85 m m$$
(4)$$\Delta N=\frac{L}{l} \approx 141$$条
解析
本题考查劈形薄膜干涉现象中的条纹间距计算,涉及几何关系、光程差及条纹数量的推导。解题核心在于:
- 确定夹角θ:利用几何关系$L \sin \theta = d$,当θ很小(小角度)时,$\sin \theta \approx \theta$,简化为$L \theta = d$。
- 相邻条纹厚度差:明条纹对应空气膜厚度差$\Delta e = \frac{\lambda}{2}$。
- 条纹间距公式:相邻暗条纹间距$l = \frac{\lambda}{2\theta}$,总条纹数由$L$与$l$的比值确定。
第(1)题
几何关系
由题意,玻璃片形成的劈形夹角满足:
$L \sin \theta = d$
当$\theta$很小,$\sin \theta \approx \theta$,故:
$\theta = \frac{d}{L}$
代入$d = 0.048 \, \text{mm} = 4.8 \times 10^{-5} \, \text{m}$,$L = 0.12 \, \text{m}$:
$\theta = \frac{4.8 \times 10^{-5}}{0.12} = 4.0 \times 10^{-4} \, \text{rad}$
第(2)题
明条纹厚度差
明条纹对应光程差为$\lambda/2$的奇数倍,相邻明条纹厚度差为:
$\Delta e = \frac{\lambda}{2} = \frac{680 \times 10^{-9}}{2} = 3.4 \times 10^{-7} \, \text{m}$
第(3)题
暗条纹间距公式
暗条纹间距由厚度差$\lambda$对应的空间长度决定:
$l = \frac{\lambda}{2\theta}$
代入$\lambda = 680 \, \text{nm} = 680 \times 10^{-9} \, \text{m}$,$\theta = 4.0 \times 10^{-4}$:
$l = \frac{680 \times 10^{-9}}{2 \times 4.0 \times 10^{-4}} = 8.5 \times 10^{-4} \, \text{m} = 0.85 \, \text{mm}$
第(4)题
总条纹数计算
总长度$L$内包含的条纹数为:
$\Delta N = \frac{L}{l} = \frac{0.12}{0.85 \times 10^{-3}} \approx 141 \, \text{条}$