回折格子
着眼点隣り合うスリットからの経路差は d\sin\theta。これが波長の整数倍の方向に鋭い明線が出る。
d\sin\theta=m\lambda\quad(m=0,1,2,\dots)
d: 格子定数(隣り合うスリットの間隔)。1 cm あたり N 本なら d=\dfrac{1}{N}\ \mathrm{cm}。
例題
1
1 cm あたり 500 本の溝がある回折格子に、波長 6.0\times10^{-7}\ \mathrm{m} の光を垂直に当てた。1次の明線の方向 \theta について \sin\theta を求めよ。
解答
d=\dfrac{1}{500}\ \mathrm{cm}=2.0\times10^{-5}\ \mathrm{m}
\sin\theta=\dfrac{6.0\times10^{-7}}{2.0\times10^{-5}}=3.0\times10^{-2}
答 \sin\theta=0.030
\sin\theta=\dfrac{6.0\times10^{-7}}{2.0\times10^{-5}}=3.0\times10^{-2}
答 \sin\theta=0.030
2
前問の回折格子で、観測できる明線は正面(0次)を含めて全部で何本か。
解答
\sin\theta<1 より m<\dfrac d\lambda=\dfrac{2.0\times10^{-5}}{6.0\times10^{-7}}=33.3、最大 m=33。
左右に33本ずつと正面1本で 33\times2+1=67
答 67 本
左右に33本ずつと正面1本で 33\times2+1=67
答 67 本
注意ヤングの実験の近似式 \frac{dx}{L} は角度が小さいときだけ。回折格子は角度が大きくなるので d\sin\theta のまま使う。