回折格子：多数のスリット、より鋭いピーク
1 · 予測
回折格子には、密に並んだ平行スリットが数百本ある（1 mm 当たりの本数で測る）。1 mm 当たりの本数が多い格子は、第一明線をより大きい角度へ回折するか、小さい角度へ回折するか？
- 大きい角度 — 1 mm 当たりの本数が多いほどスリット間隔が小さくなり、回折パターンはより広い角度へ広がる。
- 密な格子では回折角は小さくなる。
- 回折角は 1 mm 当たりの本数に依存しない。
2 · 準備
- grating プリセットを開き、「リセット」を押す。光の波長は 500 nm である。
- 1次回折角の表示を有効にする。
- 各試行の格子の線密度を設定し、1次の明るい干渉縞の角度を記録する。
3 · データ収集
| 1 mm 当たりの線数 | 1次の角度 θ (°) |
|---|---|
| 200 | |
| 300 | |
| 400 |
3回の試行について、sin θ（縦軸）を 1 mm 当たりの線数（横軸）に対してプロットする。原点を通る直線になるか？
4 · 分析
- 1回の試行について、mm 単位でスリット間隔 d = 1/(1 mm 当たりの線数) を計算し、d·sin θ = λ から θ を求める。λ = 500 nm を用い、単位を慎重に変換する。表と比較する。
- 線密度が高い（1 mm 当たりの線数が多い）ほどスリット間隔 d が小さくなる理由を説明する。d·sinθ = λ なので、同じ波長条件を満たすにはより大きな角度 θ が必要になる。
5 · 発展
- 回折格子はほとんどの分光計の中心である。同じ格子から異なる波長が異なる角度へ回折し、光源のスペクトルを空間的に分離して分析できる。密な格子（1 mm 当たりの線数が多い）が波長分解能を高める理由を説明する。同じ波長範囲をより広い角度範囲に広げるためである。
- CD や DVD に反射して見える色鮮やかな虹は回折格子の現象である。ディスクの密に並んだデータトラックが反射格子のように働く。CD を異なる角度に傾けると最も明るく見える色が変わる理由を説明する。
この実験の物理
回折格子の式
スリット間隔 d の格子は、d·sin θ = mλ（m = 1, 2, 3... は連続する次数）を満たす場所に明線を作る。密な格子（d が小さく、1 mm 当たりの線数が多い）は、同じ波長をより大きな角度へ回折する。