Réseaux de diffraction : de nombreuses fentes, des pics plus nets
1 · Prédire
Un réseau de diffraction comporte des centaines de fentes parallèles étroitement espacées (mesurées en lignes par millimètre). Un réseau avec PLUS de lignes par millimètre diffracte-t-il la lumière selon un angle plus grand ou plus petit pour le premier pic lumineux ?
- Angle plus grand : plus de lignes par mm signifie un espacement plus petit entre les fentes, ce qui étend le motif de diffraction sur un angle plus large.
- Un réseau plus dense donne un angle de diffraction plus petit.
- L'angle de diffraction ne dépend pas des lignes par mm.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du réseau et appuyez sur Réinitialiser. La longueur d'onde de la lumière est 500 nm.
- Activez la lecture de l’angle de diffraction du premier ordre.
- Réglez la densité de ligne du réseau pour chaque essai et enregistrez l’angle de frange lumineuse de premier ordre.
3 · Collecter les Données
| Lignes par mm | Angle du premier ordre θ (°) |
|---|---|
| 200 | |
| 300 | |
| 400 |
Tracez le sin θ (axe y) par rapport aux lignes par mm (axe x) pour vos trois essais. La droite passe-t-elle directement par l’origine ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez l'espacement des fentes d = 1/(lignes par mm) en mm, puis résolvez d·sin θ = λ pour θ, en utilisant λ = 500 nm (en convertissant soigneusement les unités). Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi une densité de lignes PLUS ÉLEVÉE (plus de lignes par mm) signifie un espacement de fente PLUS PETIT d, ce qui - puisque d·sinθ = λ - nécessite un angle θ PLUS GRAND pour satisfaire la même condition de longueur d'onde.
5 · Approfondir
- Les réseaux de diffraction sont au cœur de la plupart des spectromètres : différentes longueurs d'onde diffractent sous différents angles à partir du même réseau, séparant spatialement le spectre d'une source lumineuse pour l'analyse. Expliquez pourquoi un réseau plus dense (plus de lignes par mm) donne une MEILLEURE résolution en longueur d'onde : il étend une plage de longueurs d'onde donnée sur une plage angulaire plus large.
- L'arc-en-ciel coloré que vous voyez se refléter sur un CD ou un DVD est un comportement de réseau de diffraction : les pistes de données rapprochées du disque agissent comme un réseau de réflexion. Expliquez pourquoi l'inclinaison d'un CD sous différents angles révèle différentes couleurs de manière plus vive.
La physique derrière cette expérience
Équation du réseau de diffraction
Un réseau avec un espacement des fentes d produit des franges brillantes partout où d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... pour les commandes successives). Un réseau plus dense (d plus petit, plus de lignes par mm) diffracte une longueur d'onde donnée selon un angle plus grand.