题目
在杨氏双缝干涉实验中,两条缝的间距 d = 0.20 , (mm),缝、屏间距 D = 1.0 , (m)。(1) 若第2级明纹到屏幕中心的距离为6.0 mm,计算此单色光的波长;(2) 求相邻两明纹间的距离。
在杨氏双缝干涉实验中,两条缝的间距 $d = 0.20 \, \text{mm}$,缝、屏间距 $D = 1.0 \, \text{m}$。
(1) 若第2级明纹到屏幕中心的距离为6.0 mm,计算此单色光的波长;
(2) 求相邻两明纹间的距离。
题目解答
答案
(1) 根据明纹位置公式 $ y_m = \frac{m \lambda D}{d} $,将 $ m = 2 $、$ y_2 = 6.0 \times 10^{-3} \, \text{m} $、$ D = 1.0 \, \text{m} $、$ d = 0.20 \times 10^{-3} \, \text{m} $ 代入,得:
\[
\lambda = \frac{y_2 d}{m D} = \frac{6.0 \times 10^{-3} \times 0.20 \times 10^{-3}}{2 \times 1.0} = 6.0 \times 10^{-7} \, \text{m} = 600 \, \text{nm}
\]
(2) 相邻明纹间距为:
\[
\Delta y = \frac{\lambda D}{d} = \frac{6.0 \times 10^{-7} \times 1.0}{0.20 \times 10^{-3}} = 3.0 \times 10^{-3} \, \text{m} = 3.0 \, \text{mm}
\]
最终结果:
1. $ \lambda = 600 \, \text{nm} $;
2. $ \Delta y = 3.0 \, \text{mm} $。
解析
本题主要考查杨氏双缝干涉实验的相关知识,解题关键在于运用明纹位置公式$y_m = \frac{m \lambda D}{d}$以及相邻明纹间距公式$\Delta y = \frac{\lambda D}{d}$进行计算。
(1)计算此单色光的波长
- 首先明确明纹位置公式$y_m = \frac{m \lambda D}{d}$,其中$y_m$是第$m$级明纹到屏幕中心的距离,$\lambda$是单色光的波长,$D$是缝、屏间距,$d$是两条缝的间距。
- 已知$m = 2$(第$2$级明纹),$y_2 = 6.0 \, \text{mm}=6.0 \times 10^{-3} \, \text{m}$,$D = 1.0 \, \text{m}$,$d = 0.20 \, \text{mm}=0.20 \times 10^{-3} \, \text{m}$。
- 对明纹位置公式进行变形,求解$\lambda$,可得$\lambda = \frac{y_m d}{m D}$。
- 将已知数据代入变形后的公式:
$\begin{align*}\lambda&=\frac{y_2 d}{m D}\\&=\frac{6.0 \times 10^{-3} \times 0.20 \times 10^{-3}}{2 \times 1.0}\\&=\frac{1.2\times 10^{-6}}{2}\\&= 6.0 \times 10^{-7} \, \text{m}\end{align*}$ - 因为$1\,\text{nm}=10^{-9}\,\text{m}$,所以$6.0 \times 10^{-7} \, \text{m}=6.0 \times 10^{-7}\div10^{-9}\,\text{nm}= 600 \, \text{nm}$。
(2)求相邻两明纹间的距离
- 相邻明纹间距公式为$\Delta y = \frac{\lambda D}{d}$。
- 由(1)已求得$\lambda = 6.0 \times 10^{-7} \, \text{m}$,$D = 1.0 \, \text{m}$,$d = 0.20 \times 10^{-3} \, \text{m}$。
- 将数据代入公式:
$\begin{align*}\Delta y&=\frac{\lambda D}{d}\\&=\frac{6.0 \times 10^{-7} \times 1.0}{0.20 \times 10^{-3}}\\&=\frac{6.0 \times 10^{-7}}{0.20 \times 10^{-3}}\\&= 3.0 \times 10^{-3} \, \text{m}\end{align*}$ - 因为$1\,\text{mm}=10^{-3}\,\text{m}$,所以$3.0 \times 10^{-3} \, \text{m}=3.0 \, \text{mm}$。