题目
以单色光照射到相距为0.2 mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1 m。(1)若从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5 mm,求单色光的波长;(2)若入射光的波长为600 nm,求两相邻明纹间的距离。
以单色光照射到相距为0.2 mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1 m。(1)若从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5 mm,求单色光的波长;(2)若入射光的波长为600 nm,求两相邻明纹间的距离。
题目解答
答案
500 nm 3 mm
解析
双缝干涉实验是波动光学中的经典问题,其核心公式为明纹位置公式:
$y = \frac{k \lambda D}{d}$
其中,$k$ 为明纹级数,$\lambda$ 为波长,$D$ 为双缝到屏幕的距离,$d$ 为双缝间距。
- 相邻明纹间距 $\Delta y = \frac{\lambda D}{d}$,与级数无关,仅由 $\lambda$、$D$、$d$ 决定。
- 关键思路:
- 第(1)题中,第一级到第四级明纹的距离对应 $3\Delta y$,通过已知总距离求 $\lambda$。
- 第(2)题直接代入公式 $\Delta y = \frac{\lambda D}{d}$ 计算相邻明纹间距。
第(1)题
已知:
- 双缝间距 $d = 0.2 \, \text{mm} = 0.2 \times 10^{-3} \, \text{m}$
- 双缝到屏幕距离 $D = 1 \, \text{m}$
- 第一级到第四级明纹距离 $\Delta y_{\text{总}} = 7.5 \, \text{mm} = 7.5 \times 10^{-3} \, \text{m}$
分析:
从第一级到第四级明纹共跨越 $3$ 个相邻间距,即 $\Delta y_{\text{总}} = 3\Delta y$。
由 $\Delta y = \frac{\lambda D}{d}$,得:
$\lambda = \frac{\Delta y \cdot d}{D} = \frac{\Delta y_{\text{总}} \cdot d}{3D}$
计算:
$\lambda = \frac{(7.5 \times 10^{-3}) \cdot (0.2 \times 10^{-3})}{3 \cdot 1} = 5 \times 10^{-7} \, \text{m} = 500 \, \text{nm}$
第(2)题
已知:
- 波长 $\lambda = 600 \, \text{nm} = 600 \times 10^{-9} \, \text{m}$
- 双缝间距 $d = 0.2 \, \text{mm} = 0.2 \times 10^{-3} \, \text{m}$
- 双缝到屏幕距离 $D = 1 \, \text{m}$
直接代入公式:
$\Delta y = \frac{\lambda D}{d} = \frac{600 \times 10^{-9} \cdot 1}{0.2 \times 10^{-3}} = 3 \, \text{mm}$