Оптика

Дифракция от един процеп

Един процеп разпръсква светлината в широк централен максимум с по-слаби странични максимуми; първата тъмна ивица е при a·sinθ = λ.

Дифракция от един процеп — интерактивна симулация Оптика. Един процеп разпръсква светлината в широк централен максимум с по-слаби странични максимуми; първата тъмна ивица е при a·sinθ = λ. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

Дифракция от един процеп

Един процеп разпръсква светлината в широк централен максимум с по-слаби странични максимуми; първата тъмна ивица е при a·sinθ = λ.

Един отвор дифрактира светлината в sinc-образна картина. Първата тъмна ивица се появява, когато a sin θ = λ, задавайки ъгловата ширина на централния лоб. По-тесни процепи разширяват картината — граница на оптичната разделителна способност и основа на дифракционните решетки.

• a sin θ = mλ
• Широк централен максимум

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

Светлина, минаваща през ЕДИН тесен процеп, също се разпръсква в картина на екран (дифракция), със светла централна лента, заобиколена от по-слаби ивици. Разпръсква ли по-широк процеп тази дифракционна картина повече или по-малко от по-тесен?

Предсказвания за преценка

• По-малко — по-широкият процеп произвежда по-тясна, по-плътно ограничена дифракционна картина.
• По-широк процеп разпръсква картината повече.
• Ширината на процепа не влияе на разпръскването на дифракционната картина.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Ширина на процепа a (µm)

Какво измерваш:

• Положение на първия минимум y (mm)

Как протича изследването

1. Отвори настройката един процеп и натисни Нулирай. Дължината на вълната на светлината е 550 nm; екранът седи на 100 cm от процепа.
2. Включи показанието за положение на първия минимум.
3. Задай ширината на процепа за всеки опит и запиши положението на първата тъмна ивица (минимум).

Управляващо уравнение

Първи дифракционен минимум на един процеп — a·sinθ = mλ

Единичен процеп с ширина a произвежда първата си тъмна ивица (минимум) при ъгъл/положение y = λL/a на екран на разстояние L — СЪЩАТА форма на формула като разстоянието между ивиците на двоен процеп, но управлявана от собствената ширина на процепа, а не от разстояние между два процепа.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• За един опит изчисли y = λL/a с λ = 550 nm, L = 100 cm (превръщайки единици, за да получиш y в mm — това е положението на ПЪРВАТА тъмна ивица, m = 1). Сравни с таблицата.
• Сравни формата на тази формула с формулата за ивици от двоен процеп, но забележи, че тя ползва ШИРИНАТА a на единичния процеп, а не разстояние между два процепа. Обясни защо по-тесен единичен процеп произвежда ПО-ШИРОКА централна дифракционна картина — противно на интуицията, но консистентно със същото мащабиране 1/широчина.

Къде това се появява извън лабораторията

• Същата тази физика (по-тесни отвори дифрактират светлината повече) поставя фундаментална граница на това колко sharply която и да е леща или телескоп може да фокусира или различи фин детайл — дифракционната граница. Обясни защо по-голям телескопичен отвор (като по-широкото разстояние на двоиния процеп) дава по-остра разделителна способност, не по-замъглена.
• Дифракционната картина на един процеп има една централна светла лента с прогресивно по-слаби странични ленти; интерференчната картина на двоен процеп има много плътно разположени светли ивици със сходна яркост, всички яздещи в рамките на по-широка еднопроцепна дифракционна обвивка. Обясни защо реалният експеримент с двоен процеп (с процепи с ненулева ширина) реално показва И ДВАТА ефекта комбинирани.

• 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 единичния процеп
2. Избери процепа
3. Натисни Пусни
4. Широк централен максимум
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