题目
一束动量为p的电子,通过缝宽为b的狭缝,狭缝后面距离为r的地方放置一荧光屏,试问屏上衍射图样中央最大的宽度为多少? b θ0-|||-9-3-4 图A.b/2B.2b2/rC.2h/pD.2hb/rpE.2hr/bp
一束动量为p的电子,通过缝宽为b的狭缝,狭缝后面距离为r的地方放置一荧光屏,试问屏上衍射图样中央最大的宽度为多少?
A.b/2
B.2b2/r
C.2h/p
D.2hb/rp
E.2hr/bp
A.b/2B.2b2/r
C.2h/p
D.2hb/rp
E.2hr/bp
题目解答
答案
E. 2hr/bp
解析
本题考查电子的单缝衍射以及德布罗意波长公式的应用。解题的关键思路是先根据德布罗意波长公式求出电子的波长,再利用单缝衍射中央最大宽度的计算公式得出结果。
- 根据德布罗意波长公式求出电子的波长:
德布罗意波长公式为$\lambda=\frac{h}{p}$,其中$h$为普朗克常量,$p$为电子的动量。所以电子的波长$\lambda = \frac{h}{p}$。 - 确定单缝衍射中央最大宽度的计算公式:
对于单缝衍射,中央最大宽度$\Delta x$与缝宽$b$、衍射角$\theta_0$以及狭缝到屏的距离$r$有关。当衍射角$\theta_0$很小时,$\sin\theta_0\approx\tan\theta_0$。
单缝衍射的暗纹条件为$b\sin\theta = k\lambda$($k = \pm1,\pm2,\cdots$),中央最大宽度对应的是$k = \pm1$的两条暗纹之间的距离。
此时$\sin\theta_0=\frac{\lambda}{b}$,又因为$\tan\theta_0=\frac{\Delta x/2}{r}$,且$\sin\theta_0\approx\tan\theta_0$,所以$\frac{\lambda}{b}=\frac{\Delta x/2}{r}$。 - 求解中央最大宽度$\Delta x$:
由$\frac{\lambda}{b}=\frac{\Delta x/2}{r}$,可得$\Delta x = \frac{2r\lambda}{b}$。
将$\lambda = \frac{h}{p}$代入上式,得到$\Delta x = \frac{2rh}{bp}$。