Изучение дифракционной решётки
Цель работы: изучить на компьютерной модели основные зависимости, определяющие качество дифракционной решётки как спектрального прибора.
Теоретическое введение
Простейшая дифракционная решетка представляет собой систему узких параллельных щелей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. На дифракционную решётку направляют параллельный пучок монохроматического или полихроматического света. На каждой из щелей происходит дифракционное рассеяние света. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то в каждой точке экрана, расположенного в фокальной плоскости линзы будут собраны лучи, претерпевшие рассеяние на щелях на один и тот же угол (свойство собирающей линзы), причём разным точкам экрана соответствуют разные углы рассеяния света. Оптическая длина пути параллельных лучей в рассеянном пучке, идущих от разных щелей различна, поэтому на экране наблюдается интерференционная картина, в которой наблюдаться дифракционные максимумы различных порядков. Эти максимумы называются главными. Пучки света, образующие главные максимумы, располагаются после решетки в направлениях, определяемых формулой решетки:
| d sin θm = m λ, (1) |
здесь d – период решетки, λ – длина световой волны, m – целое число, называемое порядком дифракционного максимума.
Расстояние от максимума нулевого порядка (m = 0) до максимума m -го порядка в фокальной плоскости линзы с фокусным расстоянием f при малых углах дифракции определяется формулой:
 (2)
|
Эта формула получена в предположении, что для малых углов, которые имеют место в модели и в реальных установках, 
(обратите внимание, рассматривая на рисунке схему модели, что масштабы по горизонтали и вертикали отличаются приблизительно в 5 раз). Поэтому изображаемые на экране углы θm сильно преувеличены.
Так как положение максимумов (кроме нулевого!) зависит от длины волны, то решетка способна разлагать излучение в спектр, то есть она является спектральным прибором ( главные максимумы для лучей с различными длинами волн расположена на экране в точках, направление на которые составляет с главной осью линзы разные углы).
С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны. Если период решетки известен, то определение длины волн сводится к измерению угла θm, соответствующего направлению на выбранный максимум m -го порядка. В компьютерной модели можно изменять период решетки d и длину световой волны λ. Точное значение координаты ym можно получить на экране, кликнув левой кнопкой мыши на выбранном максимуме.
Порядок выполнения работы.
Экспериментальное определение периода дифракционной решёти
Работа выполняется на компьютерной модели «Дифракционная решетка» (рис.).
. 
Рис. 2.1
1. Выпишите в таблицу данных из скриншота Вашего варианта длину волны l и координаты y максимумов трех первых порядков y1, y2, y3.
2. Используя формулу (2) вычислите значение постоянной решетки 
и внесите их в таблицу.
3. Вычислите среднее значение периода dср, отклонения экспериментальных значений от среднего 
величину Δdср и относительную погрешность 
.
Таблица 2. Таблица опытных данных
| λ = нм | |||
| ym , м | |||
| dm,м | |||
| dср, м | |||
 , см
| |||
| Δdср, см | |||
|
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте принцип Гюйгенса.
2. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля.
3. Какое явление называется дифракцией света?
4. Что называется дифракционной решеткой?
5. Как выглядит распределение интенсивности света в случае дифракции на дифракционной решётке.
6. Запишите формулу, определяющую положение главных максимумов.
7. Для каких целей используется дифракционная решётка в науке и технике?
Вариант 1.
Вариант 2.
Вариант 3.
Вариант 4.
Вариант 5.
Вариант 6.
Вариант 7.
Вариант 8.
Вариант 9.
Вариант 10
