С какого порядка максимума можно наблюдать две линии спектра с длиной волны λ1 = 560 нм и λ2 = 560,8 нм на дифракционной решетке с 100 штрихами?
Вечный_Путь
Для решения данной задачи нам понадобятся знания из дифракции света и работы со спектрами. Давайте разберемся пошагово.
1. Найдем разность длин волн между спектральными линиями:
\(\Delta\lambda = |\lambda_2 - \lambda_1|\)
\(\Delta\lambda = |560,8 \, \text{нм} - 560 \, \text{нм}|\)
\(\Delta\lambda = 0,8 \, \text{нм}\)
2. Определим шаг решетки:
\(d = \frac{1}{N}\)
где \(N\) - число штрихов на решетке, в данном случае \(N = 100\).
\(d = \frac{1}{100}\)
\(d = 0,01 \, \text{мм}\) (единицу измерения можно выбрать, в данном случае миллиметры)
3. Теперь мы можем использовать формулу для дифракционной решетки:
\(m\lambda = d\sin\theta\)
где \(m\) - порядок максимума, \(\lambda\) - длина волны, \(d\) - шаг решетки и \(\theta\) - угол дифракции.
Для нашей задачи нам нужно найти порядок максимума \(m\), поэтому выразим его через данную формулу:
\(m = \frac{d\sin\theta}{\lambda}\)
4. Найдем наименьший порядок максимума, при котором спектральные линии будут различаемыми.
Для этого мы должны выставить условие, что разность хода волн для двух спектральных линий равна длине волны разности спектральных линий:
\(m\lambda_1 = m\lambda_2 + \Delta\lambda\)
Подставляем значения:
\(\frac{d\sin\theta}{\lambda_1} = \frac{d\sin\theta}{\lambda_2} + \Delta\lambda\)
Раскроем знаменатель, учитывая, что \(\Delta\lambda = 0,8 \, \text{нм}\):
\[\frac{\sin\theta}{\lambda_1} = \frac{\sin\theta}{\lambda_2} + \frac{\Delta\lambda}{\lambda_1\lambda_2}\]
\[\frac{\sin\theta}{\lambda_1} = \frac{\sin\theta}{\lambda_2} + \frac{0,8 \, \text{нм}}{560 \, \text{нм} \cdot 560,8 \, \text{нм}}\]
Теперь найдем угол дифракции \(\theta\) для наименьшего порядка максимума, при котором спектры различимы (при \(m = 1\)):
\[\sin\theta = \frac{\Delta\lambda}{\lambda_1\lambda_2}\]
\[\sin\theta = \frac{0,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}{560 \times 10^{-9} \, \text{м} \cdot 560,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}\]
Получаем значение угла \(\theta\) для \(m = 1\).
5. Найдем наибольший порядок максимума, при котором спектральные линии будут различимыми.
Для этого нам нужно найти значение порядка максимума \(m\), при котором \(\theta\) станет равным 90 градусам.
Подставляем значения:
\[\sin\theta = \frac{0,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}{560 \times 10^{-9} \, \text{м} \cdot 560,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}\]
\[\sin\theta = \frac{0,8}{560 \cdot 560,8} \approx 2,91 \times 10^{-7}\]
Теперь найдем \(m\) с использованием обратной функции синуса:
\[m = \frac{d\sin\theta}{\lambda}\]
\[m = \frac{0,01 \, \text{мм} \cdot 2,91 \times 10^{-7}}{560 \, \text{нм}}\]
Получаем значение наибольшего порядка максимума \(m\), при котором спектральные линии будут различимыми.
Итак, ответ на задачу:
С помощью дифракционной решетки с 100 штрихами можно наблюдать две линии спектра с длиной волны \(\lambda_1 = 560 \, \text{нм}\) и \(\lambda_2 = 560,8 \, \text{нм}\) в порядках максимума \(m\) от 1 до \(\approx 5,18\) (округлено до сотых) включительно.
1. Найдем разность длин волн между спектральными линиями:
\(\Delta\lambda = |\lambda_2 - \lambda_1|\)
\(\Delta\lambda = |560,8 \, \text{нм} - 560 \, \text{нм}|\)
\(\Delta\lambda = 0,8 \, \text{нм}\)
2. Определим шаг решетки:
\(d = \frac{1}{N}\)
где \(N\) - число штрихов на решетке, в данном случае \(N = 100\).
\(d = \frac{1}{100}\)
\(d = 0,01 \, \text{мм}\) (единицу измерения можно выбрать, в данном случае миллиметры)
3. Теперь мы можем использовать формулу для дифракционной решетки:
\(m\lambda = d\sin\theta\)
где \(m\) - порядок максимума, \(\lambda\) - длина волны, \(d\) - шаг решетки и \(\theta\) - угол дифракции.
Для нашей задачи нам нужно найти порядок максимума \(m\), поэтому выразим его через данную формулу:
\(m = \frac{d\sin\theta}{\lambda}\)
4. Найдем наименьший порядок максимума, при котором спектральные линии будут различаемыми.
Для этого мы должны выставить условие, что разность хода волн для двух спектральных линий равна длине волны разности спектральных линий:
\(m\lambda_1 = m\lambda_2 + \Delta\lambda\)
Подставляем значения:
\(\frac{d\sin\theta}{\lambda_1} = \frac{d\sin\theta}{\lambda_2} + \Delta\lambda\)
Раскроем знаменатель, учитывая, что \(\Delta\lambda = 0,8 \, \text{нм}\):
\[\frac{\sin\theta}{\lambda_1} = \frac{\sin\theta}{\lambda_2} + \frac{\Delta\lambda}{\lambda_1\lambda_2}\]
\[\frac{\sin\theta}{\lambda_1} = \frac{\sin\theta}{\lambda_2} + \frac{0,8 \, \text{нм}}{560 \, \text{нм} \cdot 560,8 \, \text{нм}}\]
Теперь найдем угол дифракции \(\theta\) для наименьшего порядка максимума, при котором спектры различимы (при \(m = 1\)):
\[\sin\theta = \frac{\Delta\lambda}{\lambda_1\lambda_2}\]
\[\sin\theta = \frac{0,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}{560 \times 10^{-9} \, \text{м} \cdot 560,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}\]
Получаем значение угла \(\theta\) для \(m = 1\).
5. Найдем наибольший порядок максимума, при котором спектральные линии будут различимыми.
Для этого нам нужно найти значение порядка максимума \(m\), при котором \(\theta\) станет равным 90 градусам.
Подставляем значения:
\[\sin\theta = \frac{0,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}{560 \times 10^{-9} \, \text{м} \cdot 560,8 \times 10^{-9} \, \text{м}}\]
\[\sin\theta = \frac{0,8}{560 \cdot 560,8} \approx 2,91 \times 10^{-7}\]
Теперь найдем \(m\) с использованием обратной функции синуса:
\[m = \frac{d\sin\theta}{\lambda}\]
\[m = \frac{0,01 \, \text{мм} \cdot 2,91 \times 10^{-7}}{560 \, \text{нм}}\]
Получаем значение наибольшего порядка максимума \(m\), при котором спектральные линии будут различимыми.
Итак, ответ на задачу:
С помощью дифракционной решетки с 100 штрихами можно наблюдать две линии спектра с длиной волны \(\lambda_1 = 560 \, \text{нм}\) и \(\lambda_2 = 560,8 \, \text{нм}\) в порядках максимума \(m\) от 1 до \(\approx 5,18\) (округлено до сотых) включительно.
Знаешь ответ?