4. Принцип метода и рабочая формула

Пусть на дифракционную решетку перпендикулярно к ее поверхности падает плоская монохроматическая волна (рис. 2).

Рис. 2

Геометрическая разность хода между лучами равна

. (2)

Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить направления, для которых колебания от отдельных щелей взаимно усиливают друг друга

dsinφ = mλ. (3)

Равенство (3) называется условием главных дифракционных максимумов.

Если на дифракционную решетку падает немонохроматический свет и за ней расположить экран, то на нем мы увидим дифракционный спектр, представленный на рис. 3. В спектре присутствуют четыре спектральные линии: желтая, зеленая, синяя и фиолетовая.

Рис. 3

Следовательно, если известен период решетки d, расстояние от решетки до экрана L и расстояние между дифракционными максимумами на экране Х (рис. 4), то формула (3) преобразуется в

(4)

и длины волн в спектре ртути могут быть рассчитаны по формуле

. (5)

Рис. 4

5. Экспериментальная установка

Основными элементами установки (рис. 5) являются: ртутная лампа в защитном кожухе 1, щель 2, собирающая линза 3, дифракционная решетка 4, собирающая линза 5 и экран 6. Все элементы крепятся на оптической скамье 7. Ртутные пары, заполняющие лампу 1, нагреты до высокой температуры. Испускаемые ртутными парами лучи проходят через щель 3. Прошедшие через щель лучи попадают на собирающую линзу 4. Отверстие щели 3 совпадает с фокусом линзы 4. Поэтому лучи направляются на дифракционную решетку перпендикулярно ее поверхности. Собирающая линза 5 формирует изображение щели на экране 6. На экране 6 видны центральный интерференционный максимум нулевого порядка, а также максимумы первого порядка для различных волн видимого спектра. Так как дифракционная решётка угловая, то максимумы расположены с одной стороны. При установке такой решётки угол между нормалью к плоскости решётки и падающим на неё лучом должен быть равен 25º. При этом центральный интерференционный максимум нулевого порядка должен находиться точно на нулевой отметке шкалы экрана.

7

6

5

4

3

2

1

Рис. 5

6. Порядок выполнения работы

1. С помощью линейки или по шкале оптической скамьи определить расстояние L между экраном и дифракционной решеткой. Измерение проводится однократно.

2. С помощью линейки или по шкале экрана определить расстояние между первыми дифракционными максимумами поочередно для всех наблюдаемых линий. Число измерений указывается преподавателем. Результаты записать в таблицу по форме 1.

Форма 1

№ линии	Название линии спектра излучения	Расстояние между максимумами первого порядка X, мм			Xcр, мм
		1	2	…
1	Желтая
2	Зеленая
3	Синяя
4	Фиолетовая