Optika

Difrakce na jedné štěrbině

Jedna štěrbina rozprostírá světlo do širokého centrálního maxima s slabšími postranními laloky; první tmavý pruh je v a·sinθ = λ.

Difrakce na jedné štěrbině — interaktivní simulace Optika. Jedna štěrbina rozprostírá světlo do širokého centrálního maxima s slabšími postranními laloky; první tmavý pruh je v a·sinθ = λ. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.

Difrakce na jedné štěrbině

Jedna štěrbina rozprostírá světlo do širokého centrálního maxima s slabšími postranními laloky; první tmavý pruh je v a·sinθ = λ.

Jedna apertura ohýbá světlo do obrazce tvaru sinc. První tmavý pruh nastává, když a sin θ = λ, což určuje úhlovou šíři centrálního laloku. Užší štěrbiny obrazec roztahují — mez optického rozlišení a základ difrakčních mřížek.

• a sin θ = mλ
• Široké centrální maximum

Souhrn zkoumání

Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř

Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.

Hlavní otázka

Světlo procházející JEDNOU úzkou štěrbinou se taky rozprostírá do obrazce na stínítku (difrakce), se světlým centrálním pásem lemovaným slabšími proužky. Rozprostírá širší štěrbina tento difrakční obrazec víc, nebo míň než užší?

Predikce k zvážení

• Míň — širší štěrbina produkuje užší, těsněji ohraničený difrakční obrazec.
• Širší štěrbina rozprostírá obrazec víc.
• Šířka štěrbiny rozprostření difrakčního obrazce neovlivňuje.

Role proměnných

Co nastavuješ:

• Šířka štěrbiny a (µm)

Co měříš:

• Poloha prvního minima y (mm)

Jak zkoumání probíhá

1. Otevři předvolbu single-slit a stiskni Resetovat. Vlnová délka světla je 550 nm; stínítko sedí 100 cm od štěrbiny.
2. Zapni odečet polohy prvního minima.
3. Nastav šířku štěrbiny pro každý pokus a zapiš polohu prvního tmavého proužku (minima).

Řídící rovnice

První difrakční minimum jedné štěrbiny — a·sinθ = mλ

Jedna štěrbina šířky a produkuje svůj první tmavý proužek (minimum) při úhlu/poloze y = λL/a na stínítku ve vzdálenosti L — STEJNÝ tvar vzorce jako rozestup proužků dvojité štěrbiny, ale řízený vlastní šířkou štěrbiny místo rozestupu dvou štěrbin.

Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat

• Pro jeden pokus spočti y = λL/a s λ = 550 nm, L = 100 cm (převodem jednotek pro y v mm — tohle je poloha PRVNÍHO tmavého proužku, m = 1). Porovnej s tabulkou.
• Porovnj tvar tohoto vzorce s vzorcem proužků dvojité štěrbiny, ale všimni si, že používá ŠÍŘKU jedné štěrbiny a místo rozestupu dvou štěrbin. Vysvětli, proč užší jediná štěrbina produkuje ŠIRŠÍ centrální difrakční obrazec — proti intuici, ale konzistentní se stejným škálováním 1/šířka.

Kde se to objevuje mimo laboratoř

• Tentáž fyzika (užší apertury difragují světlo víc) dává fundamentální limit, jak ostře může libovolná čočka nebo dalekohled zaostřit nebo rozlišit jemné detaily — difrakční limit. Vysvětli, proč větší apertura dalekohledu (jako širší rozestup dvojité štěrbiny) dává ostřejší rozlišovací schopnost, ne rozmazanější.
• Difrakční obrazec jedné štěrbiny má jedno centrální světlé pásmo s postupně slabšími postranními pásy; interferenční obrazec dvojité štěrbiny má mnoho těsně rozestavených světlých proužků podobné jasnosti uvnitř širšího difrakčního obalu jedné štěrbiny. Vysvětli, proč skutečný experiment s dvojitou štěrbinou (se štěrbinami nenulové šířky) ve skutečnosti ukazuje oba efekty kombinované.

• 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. Vítej v Jedné štěrbině
2. Vyber štěrbinu
3. Stiskni Spustit
4. Široké centrální maximum
5. Otevři panel Vlastnosti
6. Povedlo se!

Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.

Otevřít interaktivní laboratoř →

Stáhnout pracovní list →

Interference a difrakce