На дифракционную решетку, имеющую N = 100 штрихов на длине l = 1,0 мм, нормально падает белый свет (интервал длин волн λmin = 380 нм — λmax = 780 нм). Непосредственно за решеткой расположена тонкая линза с фокусным расстоянием F = 2 м, в фокальной плоскости которой находится экран. Определите ширину дифракционного спектра первого порядка на экране.
от

1 Ответ

дано:  
N = 100 штрихов на длине l = 1,0 мм = 1,0 · 10^-3 м (количество щелей на миллиметр)  
λmin = 380 нм = 380 · 10^-9 м (минимальная длина волны)  
λmax = 780 нм = 780 · 10^-9 м (максимальная длина волны)  
F = 2 м (фокусное расстояние линзы)

найти:  
ширину дифракционного спектра первого порядка на экране.

решение:

1. Период решетки d определяется как обратная величина к количеству щелей на единицу длины:

d = l / N = (1,0 · 10^-3) / 100 = 1,0 · 10^-5 м.

2. Расстояние между максимумами первого порядка для длин волн λmin и λmax можно описать формулой:

y_n = (n * λ * F) / d,

где n - порядок максимума, в нашем случае n = 1.

3. Найдем расстояния y_min и y_max для минимальной и максимальной длины волны:

y_min = (1 * λmin * F) / d
       = (1 * 380 · 10^-9 * 2) / (1,0 · 10^-5)
       = (760 · 10^-9) / (1,0 · 10^-5)
       = 7,6 · 10^-2 м = 0,076 м = 76 см.

y_max = (1 * λmax * F) / d
       = (1 * 780 · 10^-9 * 2) / (1,0 · 10^-5)
       = (1560 · 10^-9) / (1,0 · 10^-5)
       = 0,156 м = 15,6 см.

4. Теперь найдем ширину дифракционного спектра Δy, которая равна разности y_max и y_min:

Δy = y_max - y_min
    = 0,156 - 0,076
    = 0,08 м = 8 см.

ответ:  
ширина дифракционного спектра первого порядка на экране составляет примерно 8 см.
от