Оптика

Дифракционна решетка

Много процепи изострят максимумите в тесни светли порядъци при d·sinθ = mλ — основата на спектрометъра.

Дифракционна решетка — интерактивна симулация Оптика. Много процепи изострят максимумите в тесни светли порядъци при d·sinθ = mλ — основата на спектрометъра. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

Дифракционна решетка

Много процепи изострят максимумите в тесни светли порядъци при d·sinθ = mλ — основата на спектрометъра.

N успоредни процепа интерферират усилващо под ъглите, удовлетворяващи d sin θ = mλ, концентрирайки енергия в остри спектрални порядъци. По-висока плътност на линии d подобрява разделителната способност по дължина на вълната — затова решетките изместват призмите в прецизните спектрометри.

• d sin θ = mλ
• Остри порядъци

Резюме на изследването

Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията

Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.

Водещ въпрос

Дифракционната решетка има стотици плътно разположени успоредни процепа (измерва се в линии на милиметър). Дифрактира ли решетка с ПОВЕЧЕ линии на милиметър светлината към по-голям или по-малък ъгъл за първия светъл пик?

Предсказвания за преценка

• По-голям ъгъл — повече линии на mm значи по-малко разстояние между процепите, което разпръска дифракционната картина към по-широк ъгъл.
• По-плътна решетка дава по-малък дифракционен ъгъл.
• Дифракционният ъгъл не зависи от линиите на mm.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Линии на mm

Какво измерваш:

• Ъгъл от първи порядък θ (°)

Как протича изследването

1. Отвори настройката решетка и натисни Нулирай. Дължината на вълната на светлината е 500 nm.
2. Включи показанието за ъгъл на дифракция от първи порядък.
3. Задай плътността на линиите на решетката за всеки опит и запиши ъгъла на светла ивица от първи порядък.

Управляващо уравнение

Уравнение на дифракционната решетка — d·sinθ = mλ

Решетка с разстояние d между процепите произвежда светли ивици там, където d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... за последователни порядъци). По-плътна решетка (по-малко d, повече линии на mm) дифрактира дадена дължина на вълната към по-голям ъгъл.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• За един опит изчисли разстоянието между процепите d = 1/(линии на mm) в mm, после реши d·sin θ = λ за θ, с λ = 500 nm (внимателно превръщайки единици). Сравни с таблицата.
• Обясни защо ПО-ВИСОКА плътност на линиите (повече линии на mm) значи ПО-МАЛКО разстояние d между процепите, което — понеже d·sinθ = λ — изисква ПО-ГЛЯМ ъгъл θ, за да се удовлетвори същото условие за дължина на вълната.

Къде това се появява извън лабораторията

• Дифракционните решетки са сърцето на повечето спектрометри: различни дължини на вълните дифрактират към различни ъгли от същата решетка, пространствено разделяйки спектъра на светлинен източник за анализ. Обясни защо по-плътна решетка (повече линии на mm) дава ПО-ДОБРА разделителна способност по дължина на вълната — тя разпръсква даден обхват дължини върху по-широк ъглов обхват.
• Цветната дъга, която виждаш да се отразява от CD или DVD, е поведение на дифракционна решетка — плътно разположените информационни писти на диска действат като отражателна решетка. Обясни защо накланянето на CD под различни ъгли разкрива различни цветове най-ярко.

• 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

1. Добре дошъл при решетката
2. Избери решетката
3. Натисни Пусни
4. Остри спектрални порядъци
5. Отвори панела Свойства
6. Справи се!

Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.

Отвори интерактивната лаборатория →

Изтегли работния лист →

Интерференция и дифракция