题目
S1-|||-S2-|||-SS1 SS2如图,在双缝干涉实验中,若把一厚度为e、折射率为n的薄云母片覆盖在S1缝上,中央明条纹将向 ____ 移动;覆盖云母片后,两束相干光至原中央明纹O处的光程差为 ____ 。
如图,在双缝干涉实验中,若把一厚度为e、折射率为n的薄云母片覆盖在S1缝上,中央明条纹将向 ____ 移动;覆盖云母片后,两束相干光至原中央明纹O处的光程差为 ____ 。题目解答
答案
解:设从S1S2到屏上O点的距离分别为r1r2,则到O点的光程差为:
δ=(r1-e+ne)-r2
当δ=0时,对应零级条纹的位置应满足的关系式为:
r1-r2=-(n-1)e
原来两光路中没有介质时,零级条故的位置满足r1-r2=0,与有介质时相比
r1-r2=-(n-1)e<0
可见零级明条纹应该向着盖介质的小孔一侧偏移。故中央明条纹将向上移动;覆盖云母片后,两束相干光至原中央明纹O处的光程差为(n-1)e。
故答案为;上;(n-1)e
δ=(r1-e+ne)-r2
当δ=0时,对应零级条纹的位置应满足的关系式为:
r1-r2=-(n-1)e
原来两光路中没有介质时,零级条故的位置满足r1-r2=0,与有介质时相比
r1-r2=-(n-1)e<0
可见零级明条纹应该向着盖介质的小孔一侧偏移。故中央明条纹将向上移动;覆盖云母片后,两束相干光至原中央明纹O处的光程差为(n-1)e。
故答案为;上;(n-1)e
解析
考查要点:本题主要考查双缝干涉实验中插入透明介质后光程差的变化及条纹移动方向的判断。
解题核心思路:
- 光程差的计算:插入云母片后,S₁缝的光程增加量为$(n-1)e$,需重新计算两束光的光程差。
- 条纹移动方向的判断:通过比较插入云母片前后光程差为零的条件,确定零级明条纹的位置变化方向。
破题关键点:
- 光程的概念:光在介质中的光程为路径长度乘以折射率。
- 零级条纹条件:光程差为零时对应中央明条纹的位置。
- 方向判断:插入云母片后,S₁的光程增加,需通过调整路径长度使光程差重新为零,导致条纹向覆盖云母片的一侧移动。
光程差的计算
- 原光程差:未插入云母片时,两束光的光程差为$\delta = r_1 - r_2$,零级条纹满足$r_1 = r_2$。
- 插入云母片后:
- S₁缝的光程变为:$r_1 - e + n e$(物理路程减少$e$,但光程增加$(n-1)e$)。
- S₂缝的光程仍为$r_2$。
- 新光程差为:
$\delta = (r_1 - e + n e) - r_2 = (r_1 - r_2) + (n-1)e.$
零级条纹位置的调整
- 新零级条纹条件:令$\delta = 0$,得:
$r_1 - r_2 = -(n-1)e.$ - 与原条件对比:原条件为$r_1 - r_2 = 0$,现在需满足$r_1 - r_2 < 0$,即S₁到新零级条纹的路径比S₂短$(n-1)e$。
- 条纹移动方向:为缩短S₁的路径,新零级条纹需靠近S₁,即向上移动。
原中央明纹O处的光程差
插入云母片后,原O点的光程差为:
$\delta = (r_1 - r_2) + (n-1)e = 0 + (n-1)e = (n-1)e.$