البصريات
انعراج الشق المفرد
شق واحد ينشر الضوء إلى قمة مركزية عريضة بفصوص جانبية أخفت؛ الشريط الداكن الأول عند a·sinθ = λ.
انعراج الشق المفرد — محاكاة البصريات تفاعلية. شق واحد ينشر الضوء إلى قمة مركزية عريضة بفصوص جانبية أخفت؛ الشريط الداكن الأول عند a·sinθ = λ. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
انعراج الشق المفرد
شق واحد ينشر الضوء إلى قمة مركزية عريضة بفصوص جانبية أخفت؛ الشريط الداكن الأول عند a·sinθ = λ.
فتحة واحدة تحيد الضوء إلى نمط بصيغة sinc. يحدث الهدب الداكن الأول عندما a sin θ = λ، محدّدًا العرض الزاوي للفص المركزي. الشقوق الأضيق توسّع النمط — حد للدقة البصرية وأساس محزوزات الحيود.
- a sin θ = mλ
- عظمى مركزية عريضة
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
الضوء المار عبر شق ضيق مفرد ينبسط أيضًا إلى نمط على حائل (انعراج)، بحزمة مركزية ساطعة تحفها أهداب أخفت. هل شق أوسع يبسط نمط الانعراج هذا أكثر أم أقل من شق أضيق؟
توقعات للموازنة
- أقل — شق أوسع ينتج نمط انعراج أضيق أكثر حصرًا.
- شق أوسع يبسط النمط أكثر.
- عرض الشق لا يؤثر في بسط نمط الانعراج.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- عرض الشق a (µm)
ما تقيسه:
- موضع الحد الأدنى الأول y (mm)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الشق المفرد واضغط إعادة. طول موجة الضوء 550 nm؛ والحائل على 100 cm من الشق.
- فعّل قراءة موضع الحد الأدنى الأول.
- اضبط عرض الشق لكل تجربة وسجل موضع الهالة المعتمة الأولى (الحد الأدنى).
المعادلة الحاكمة
الحد الأدنى الأول لانعراج الشق المفرد — a·sinθ = mλ
شق واحد عرضه a ينتج هدبه الداكن الأول (الحد الأدنى) عند زاوية/موضع y = λL/a على شاشة على بعد L — نفس شكل صيغة تباعد أهداب الشق المزدوج، لكن يحكمه عرض الشق نفسه لا تباعد بين شقين.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب y = λL/a باستخدام λ = 550 nm و L = 100 cm (محولًا الوحدات لتحصل على y بالملليمتر — هذا موضع الهدب الداكن الأول، m = 1). قارن بالجدول.
- قارن شكل هذه الصيغة بصيغة أهداب الشق المزدوج، لكن لاحظ أنها تستخدم عرض الشق المفرد a لا تباعدًا بين شقين. اشرح لماذا ينتج شق مفرد أضيق نمطَ انعراج مركزيًا أعرض — عكس الحدس، لكنه متسق مع تحجيم 1/عرض نفسه.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تضع الفيزياء نفسها (فتحات أضيق تعرّج الضوء أكثر) حدًا أساسيًا على حدة تجميع أي عدسة أو مقراب أو قدرتها على فصل التفاصيل الدقيقة — حد الانعراج. اشرح لماذا تعطي فتحة مقراب أكبر (كتباعد الشق المزدوج الأوسع) قدرة فصل أحدّ لا أضبابية.
- نمط انعراج الشق المفرد حزمة مركزية ساطعة واحدة بحزم جانبية متدرجة الخفوت؛ ونمط تداخل الشق المزدوج أهداب ساطعة كثيرة متقاربة بسطوع مماثل، كلها راكبة داخل غلاف انعراج شق مفرد أعرض. اشرح لماذا تعرض تجربة شق مزدوج حقيقية (بشقين غير صفريي العرض) التأثيرين معًا فعلًا.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- أهلًا بك في الشق المفرد
- حدد الشق
- اضغط تشغيل
- أقصى مركزي عريض
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.