25

Решение: Расстояние между максимумами решётки

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Геометрическая оптика
ПовышеннаяФИПИB8FBE8Развёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 4 шага
Условие

Плоская монохроматическая световая волна с длиной волны $400\ \text{нм}$ падает по нормали на дифракционную решётку с периодом $5\ \text{мкм}$. Параллельно решётке позади неё размещена собирающая линза с фокусным расстоянием $20\ \text{см}$. Дифракционная картина наблюдается на экране в задней фокальной плоскости линзы. Найдите расстояние между главными максимумами дифракционной картины $1$-го и $2$-го порядков. Считать для малых углов ($\varphi \ll 1$ в радианах) $\tg\varphi \approx \sin\varphi \approx \varphi$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

4 шага
1

Для главных максимумов дифракционной решётки выполняется условие:

$$d\sin\varphi_m=m\lambda$$
2

Так как углы малы, можно считать $\sin\varphi_m\approx\varphi_m$. Координата максимума на экране в задней фокальной плоскости линзы равна $x_m=f\tan\varphi_m\approx f\varphi_m$.

$$x_m\approx f\frac{m\lambda}{d}$$
3

Расстояние между максимумами второго и первого порядков:

$$\Delta x=x_2-x_1=f\frac{(2-1)\lambda}{d}$$

Переведём величины в СИ и подставим их значения:

$$\Delta x=0{,}20\cdot\frac{400\cdot10^{-9}}{5\cdot10^{-6}}=0{,}016\ \text{м}$$
Ответ

Расстояние между максимумами 1-го и 2-го порядков равно $0{,}016\ \text{м}$, или $1{,}6\ \text{см}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Используют расстояние от центрального максимума до максимума второго порядка вместо расстояния между максимумами первого и второго порядков.

Не переводят длину волны и период решётки в одни и те же единицы.

Забывают, что в задней фокальной плоскости линзы координата максимума определяется выражением $x_m\approx f\varphi_m$.

Закрепить приёмВ теме «Геометрическая оптика» ещё 114 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Геометрическая оптика»: в ней 115 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.