题目
薄钢片上有两条紧靠的平行细缝,用波长λ=546.1nm的平面光波正入射到钢片上.屏幕距双缝的距离为D=2.00m,测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为Δx=12.0mm. (1)求两缝间的距离. (2)从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹,共经过多大距离? (3)如果使光波斜入射到钢片上,条纹间距将如何改变?
薄钢片上有两条紧靠的平行细缝,用波长λ=546.1nm的平面光波正入射到钢片上.屏幕距双缝的距离为D=2.00m,测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为Δx=12.0mm.
(1)
求两缝间的距离.
(2)
从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹,共经过多大距离?
(3)
如果使光波斜入射到钢片上,条纹间距将如何改变?
题目解答
答案
- (1)
0.910mm
- (2)
24.0mm
- (3)
条纹间距不变
解析
双缝干涉实验的核心公式为条纹间距 $\Delta x = \frac{\lambda D}{d}$,其中 $\lambda$ 为光波波长,$D$ 为屏幕到双缝的距离,$d$ 为两缝间距。
- 第(1)题需利用相邻明条纹间距公式,结合题目中给出的第五级明条纹间距反推 $d$。
- 第(2)题需明确“数到第20条明条纹”对应的条纹间隔数,进而计算总距离。
- 第(3)题需理解条纹间距公式中各变量的物理意义,判断斜入射对公式的影响。
第(1)题
关键思路:中央明条纹两侧的第五级明条纹间距为 $10$ 个条纹间距。
- 公式推导:
相邻明条纹间距 $\Delta x = \frac{\lambda D}{d}$,第五级明条纹到中央的距离为 $5\Delta x$,两侧第五级间距为 $10\Delta x$。
由 $\Delta x = \frac{\lambda D}{d}$ 得:
$d = \frac{10\lambda D}{\Delta x}$ - 代入数据:
$\lambda = 546.1 \, \text{nm} = 546.1 \times 10^{-9} \, \text{m}$,$D = 2.00 \, \text{m}$,$\Delta x = 12.0 \, \text{mm} = 0.012 \, \text{m}$,
$d = \frac{10 \times 546.1 \times 10^{-9} \times 2.00}{0.012} \approx 0.910 \, \text{mm}$
第(2)题
关键思路:从第 $0$ 级到第 $20$ 级明条纹,共跨越 $20$ 个条纹间距。
- 计算单个间距:
由第(1)题已知 $d = 0.910 \, \text{mm}$,
$\Delta x = \frac{\lambda D}{d} = \frac{546.1 \times 10^{-9} \times 2.00}{0.910 \times 10^{-3}} \approx 1.200 \, \text{mm}$ - 总距离:
$20 \times \Delta x = 20 \times 1.200 \, \text{mm} = 24.0 \, \text{mm}$
第(3)题
关键结论:条纹间距公式 $\Delta x = \frac{\lambda D}{d}$ 仅与 $\lambda$、$D$、$d$ 有关,与入射方向无关。因此,斜入射不改变条纹间距。