日本医科大学物理2013年第4問

下の図のような干渉実験について考える。下記の文章の四角に適した答えを書きなさい。ただし、$\fbox{オ}$には適した整数を入れなさい。なお、すべての設問において、波長$\lambda$の平面波(単色光)を左側から入射する場合を考えている。また、スリットとスクリーンの間の距離$b$はすべての設問で同じであり、他の距離よりも非常に長いものとする。
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図1のように、間隔$d$の2重スリットに光を入射すると、スクリーン上に干渉じまが生じた。スクリーンの中心$\text{C}$に一番近い暗点$\text{P}$について考えよう。2つのスリットの位置から素元波が生じ、それらが暗点$\text{P}$の位置で弱めあう干渉を起こすためには、その経路差が$\fbox{ア}$でなければならない。また、スクリーンの中心$\text{C}$から$m$番目の暗点までの距離は$\fbox{イ}$となる。

次に、図2のように、間隔$d$の2重スリットの片方を通過する光の経路上で、長さ$a$、屈折率$n(\gt 1)$の媒質をスリットに非常に近い位置に置く。このとき、スクリーンの中心$\text{C}$に一番近い暗点の位置は$\fbox{イ}$の場合と比べて$\fbox{ウ}$だけずれる。ただし、媒質の表面での光の屈折についてはここでは考えなくてよい。

最後に、図3にあるように、格子定数$d_1$の回折格子$\text{D}$に光を入射する。ただし、回折格子とスクリーンの間は、屈折率$n(\gt 1)$の媒質で満たされているとする。このとき、スクリーンの中心$\text{C}$から$m$番目の明点までの距離は$\fbox{エ}$となる。この状態でスクリーンを取り除き、スクリーンがあった位置から右側は屈折率$1$の真空であるとする。光の波長$\lambda=6.1\times 10^{-7}$m、格子定数$d_1=1.0\times 10^{-5}$mであるとき、$\fbox{オ}$番目以降の明点に来る光は 全反射する。