Присоединиться

Физика·Оптика·8–11 класс

Дифракционная решётка 500 штрихов на мм: угол максимума второго порядка

Условие

На дифракционную решётку, у которой 500 штрихов приходится на каждый миллиметр, нормально падает монохроматический свет с длиной волны 500 нм. Найдите период решётки, угол, под которым виден главный максимум второго порядка, и наибольший порядок максимума, который с этой решёткой ещё можно наблюдать.

Ответ

d = 2 мкм; φ₂ = 30°; наибольший наблюдаемый порядок k = 3.

Решение по шагам

  1. Шаг 1. Считаем период решётки

    Период (постоянная) решётки — расстояние между соседними штрихами. Если на длину l=1l = 1 мм приходится N=500N = 500 штрихов, то

    d=lN=1 мм500=0,002 мм=2 мкм=2106 м.d = \frac{l}{N} = \frac{1\ \text{мм}}{500} = 0{,}002\ \text{мм} = 2\ \text{мкм} = 2 \cdot 10^{-6}\ \text{м}.

    Сразу переведём и длину волны: λ=500\lambda = 500 нм =5107= 5 \cdot 10^{-7} м.

  2. Шаг 2. Условие главных максимумов

    При нормальном падении света главные максимумы видны под углами, удовлетворяющими условию

    dsinφ=kλ,k=0, ±1, ±2, d\sin\varphi = k\lambda, \qquad k = 0,\ \pm 1,\ \pm 2,\ \dots

    Отсюда рабочая формула:

    sinφ=kλd.\sin\varphi = \frac{k\lambda}{d}.

    Заметим полезное отношение: λd=51072106=0,25\dfrac{\lambda}{d} = \dfrac{5 \cdot 10^{-7}}{2 \cdot 10^{-6}} = 0{,}25 — то есть каждый следующий порядок добавляет к синусу 0,25.

Осталось ещё 3 шага — откроются после входа:

  • Шаг 3. Угол максимума второго порядка
  • Шаг 4. Наибольший наблюдаемый порядок
  • Шаг 5. Сколько всего пятен на экране
Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Частые ошибки

  • Подставляют в формулу число штрихов вместо периода: период равен d = 1/N, а не N.

  • Смешивают единицы — оставляют λ в нанометрах, а d в микрометрах; обе величины нужно свести к метрам.

  • Записывают в ответ k = 4: при sin φ = 1 максимум уходит под 90° вдоль решётки и на экране не виден.

Другие задачи по теме «Оптика»