Optik

Enkeltspalte-diffraktion

En enkelt spalte spreder lyset i et bredt centralt maksimum med svagere sidelober; det første mørke bånd ligger ved a·sinθ = λ.

Enkeltspalte-diffraktion — interaktiv Optik-simulation. En enkelt spalte spreder lyset i et bredt centralt maksimum med svagere sidelober; det første mørke bånd ligger ved a·sinθ = λ. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Enkeltspalte-diffraktion

En enkelt spalte spreder lyset i et bredt centralt maksimum med svagere sidelober; det første mørke bånd ligger ved a·sinθ = λ.

En enkelt åbning diffrakterer lys i et sinc-formet mønster. Den første mørke strib opstår, når a sin θ = λ, hvilket fastlægger det centrale lobes vinkelbredde. Smallere spalter vidder mønsteret — grænsen for optisk opløsning og grundlaget for diffraktionsgitre.

• a sin θ = mλ
• Bredt centralt maksimum

Undersøgelsesoplæg

Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet

Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.

Drivende spørgsmål

Lys, der passerer gennem EN enkelt smal spalte, spreder sig også til et mønster på en skærm (diffraktion), med et lyst centralt bånd flankeret af svagere striber. Spreder en bredere spalte dette diffraktionsmønster mere eller mindre end en smallere spalte?

Forudsigelser at afveje

• Mindre — en bredere spalte producerer et smallere, mere snævert afgrænset diffraktionsmønster.
• En bredere spalte spreder mønsteret mere.
• Spaltebredden påvirker ikke diffraktionsmønsterets udbredelse.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Spaltebredde a (µm)

Det, du måler:

• Første minimums position y (mm)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen single-slit, og tryk på Nulstil. Lysbølgelængden er 550 nm; skærmen står 100 cm fra spalten.
2. Slå aflæsningen af første minimums position til.
3. Indstil spaltebredden for hver måling, og registrér positionen af den første mørke stribe (minimum).

Styrende ligning

Enkeltspaltens første diffraktionsminimum — a·sinθ = mλ

En enkelt spalte med bredden a producerer sin første mørke stribe (minimum) ved vinkel/position y = λL/a på en skærm på afstanden L — SAMME formelform som dobbeltspaltens stribeafstand, men styret af spaltens egen bredde frem for afstanden mellem to spalter.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for én måling y = λL/a med λ = 550 nm, L = 100 cm (omregn enheder for at få y i mm — dette er positionen af den FØRSTE mørke stribe, m = 1). Sammenlign med tabellen.
• Sammenlign denne formels form med dobbeltspalteformlen for striber, men bemærk, at den bruger enkeltspaltens BREDDE a frem for afstanden mellem to spalter. Forklar, hvorfor en smallere enkeltspalte producerer et BREDDERE centralt diffraktionsmønster — mod intuitionen, men konsistent med den samme 1/bredde-skalering.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Den samme fysik (smallere åbninger diffrakterer lyset mere) sætter en fundamental grænse for, hvor skarpt enhver linse eller ethvert teleskop kan fokusere eller opløse finkornet detalje — diffraktionsgrænsen. Forklar, hvorfor en større teleskopåbning (ligesom dobbeltspaltens bredere afstand) giver skarpere opløsningsevne, ikke mere sløring.
• En enkeltspaltes diffraktionsmønster har ét centralt lyst bånd med gradvist svagere sidebånd; et dobbeltspaltes interferensmønster har mange tæt liggende lyse striber med ensartet lysstyrke, som alle ligger inden for en bredere enkeltspalte-diffraktionskurve. Forklar, hvorfor et virkeligt dobbeltspalte-eksperiment (med spalter af bredde forskellig fra nul) faktisk viser BEGGE effekter kombineret.

• 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. Velkommen til Enkeltspalten
2. Vælg spalten
3. Tryk på Afspil
4. Bredt centralt maksimum
5. Åbn egenskabspanelet
6. Du klarede det!

Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.

Åbn interaktivt laboratorium →

Download labark →

Interferens og diffraktion