國立中央大學物理演示實驗 NCU Physics Demonstration Lab

白光光柵分光

可見光的彩色光譜

目的

觀察白光經過光柵的分光效果。

實驗

實驗裝置:白光光源、光柵(530條/mm)、單狹縫、凸透鏡。

將白光光源垂直入射於光柵(grating),觀察後方屏幕上所呈的像

實驗演示

×實驗演示

原理思考

光柵為何可以分光?

原理探究

×原理探究

圖一代表以平行光垂直入射光柵,狹縫與狹縫之間的距離為d= \frac{W}{N} (W:光柵片寬度、N:狹縫數),光通過狹縫後在屏幕上任意的觀察點P所產生的干涉(interference)。

光柵為狹縫數N極大的多狹縫,狹縫之間的距離很小,每個縫所形成的繞射條紋會重疊而互相干涉,主要的干涉亮紋會變得非常狹窄而明亮,其它的干涉亮紋會相對較暗而看不見,因此,出現寬度極窄的干涉亮紋。

若要在P點形成一亮點,必需在該點形成建設性干涉,從圖二可知,從相鄰兩狹縫出發光源的光程差是波長\lambda的整數倍

\ m \lambda=d sin\theta , m=0, 1, 2, 3 .. (1)

當方程式(1)成立時,可得主要亮紋的位置。

由於各色色光的波長\lambda均不相同,因此,在相同m的情況下,\theta 值會不同,故能看出各色光。

討論

  1. 若將光柵置換成其它條數不同的光柵,對此實驗有何影嚮?

關於實驗

  1. 本實驗所使用的光源為一強光源,在一般教室仍能看出白光分光的效果。所用光柵530條/mm。
  2. 可同本網站中的實驗O06.雷射光柵干涉實驗O07.光碟軌道實驗O08.掌中光譜議做比較。

參考資料

[1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fundamental of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York. Ch36.

指導老師

謝奇文

撰稿

黃時霖