在双缝干涉实验中,两缝间距为d=0.3 mm,用波长lambda的单色光垂直照射双缝,双缝与屏的距离d' =1.2 m。现测得中央明纹一侧第5条暗纹与另一侧第5条暗纹之间的距离22.78mm,则入射波的颜色为() A. 红色)B. 黄色C. 蓝色D. 绿色
$$ 在双缝干涉实验中,两缝间距为d=0.3\ \ mm,用波长\lambda的单色光垂直照射双缝,双缝与屏的距离d' =1.2\ \ m。现测得中央明纹一侧第5条暗纹与另一侧第5条暗纹之间的距离22.78mm,则入射波的颜色为() $$
- A. 红色)
- B. 黄色
- C. 蓝色
- D. 绿色
题目解答
答案
解析
本题考查双缝干涉实验中暗纹位置的计算及光波波长的确定。解题关键在于:
- 明确暗纹的形成条件:双缝干涉中,暗纹对应的光程差为半波奇数倍,即 $d \sin\theta = (m+\frac{1}{2})\lambda$,其中 $m=0,1,2,\dots$。
- 确定第5条暗纹的级数:第5条暗纹对应 $m=4$(因 $m$ 从0开始计数)。
- 建立几何关系:暗纹到屏幕中心的距离 $y = \frac{(m+\frac{1}{2})\lambda d'}{d}$,两侧第5条暗纹的总间距为 $2y$。
- 结合选项判断颜色:根据计算得到的波长 $\lambda$,对照可见光颜色的波长范围得出结论。
步骤1:确定暗纹级数
第5条暗纹对应 $m=4$,代入暗纹条件:
$d \sin\theta = \left(4+\frac{1}{2}\right)\lambda = \frac{9}{2}\lambda$
步骤2:计算暗纹位置
暗纹到屏幕中心的距离为:
$y = \frac{(m+\frac{1}{2})\lambda d'}{d} = \frac{\frac{9}{2}\lambda \cdot d'}{d}$
步骤3:建立总间距关系
两侧第5条暗纹的总间距为:
$\Delta y = 2y = \frac{9\lambda d'}{d}$
步骤4:代入已知量求波长
已知 $\Delta y = 22.78\ \text{mm} = 0.02278\ \text{m}$,$d = 0.3\ \text{mm} = 0.0003\ \text{m}$,$d' = 1.2\ \text{m}$,代入公式:
$\lambda = \frac{\Delta y \cdot d}{9d'} = \frac{0.02278 \cdot 0.0003}{9 \cdot 1.2} \approx 632.7\ \text{nm}$
步骤5:确定颜色
波长 $632.7\ \text{nm}$ 对应红色光(波长范围约 $620\sim750\ \text{nm}$),故选A。