题目
波长为 500 nm 的单色光垂直入射到每厘米 5000 条刻线的光栅上,实际上可能观察到的最高级次的主极大是第3级,实际上可观察到的主极大明条纹共有7条A. 正确B. 错误
波长为 500 nm 的单色光垂直入射到每厘米 5000 条刻线的光栅上,实际上可能观察到的最高级次的主极大是第3级,实际上可观察到的主极大明条纹共有7条
A. 正确
B. 错误
题目解答
答案
A. 正确
解析
本题考查光栅衍射主极大公式的应用,解题思路是先根据光栅常数和波长求出理论上可能出现的最高级次,再结合实际情况确定可观察到的主极大明条纹数量。
- 计算光栅常数 $d$:
已知光栅每厘米有 $5000$ 条刻线,那么光栅常数 $d$ 为相邻两狭缝间的距离,可由下式计算:
$d=\frac{1}{5000}cm = \frac{1\times10^{-2}}{5000}m = 2\times10^{-6}m$ - 根据光栅衍射主极大公式计算理论最高级次 $k$:
光栅衍射主极大公式为 $d\sin\theta = k\lambda$(其中 $d$ 为光栅常数,$\theta$ 为衍射角,$k$ 为级次,$\lambda$ 为波长)。
因为 $\sin\theta$ 的取值范围是 $[-1,1]$,所以 $k=\frac{d\sin\theta}{\lambda}$,当 $\sin\theta = 1$ 时,$k$ 取得最大值 $k_{max}$,将 $d = 2\times10^{-6}m$,$\lambda = 500nm = 500\times10^{-9}m$ 代入可得:
$k_{max}=\frac{d}{\lambda}=\frac{2\times10^{-6}}{500\times10^{-9}} = 4$
但由于 $\sin\theta = 1$ 时,衍射角为 $90^{\circ}$,在实际观察中无法看到,所以实际上可能观察到的最高级次为 $k = 3$。 - 计算可观察到的主极大明条纹数量:
级次 $k$ 取值为 $0,\pm1,\pm2,\pm3$,共 $2\times3 + 1 = 7$ 条。