Οπτική

Περιθλαστικό πλέγμα

Πολλές σχισμές οξύνουν τα μέγιστα σε λεπτές φωτεινές τάξεις στο d·sinθ = mλ — η βάση ενός φασματομέτρου.

Περιθλαστικό πλέγμα — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Πολλές σχισμές οξύνουν τα μέγιστα σε λεπτές φωτεινές τάξεις στο d·sinθ = mλ — η βάση ενός φασματομέτρου. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Περιθλαστικό πλέγμα

Πολλές σχισμές οξύνουν τα μεγίστα σε λεπτές φωτεινές τάξεις στο d·sinθ = mλ — η βάση ενός φασματομέτρου.

N παράλληλες σχισμές συμβάλλουν εποικοδομητικά σε γωνίες που ικανοποιούν d sin θ = mλ, συγκεντρώνοντας ενέργεια σε απότομες φασματικές τάξεις. Υψηλότερη πυκνότητα γραμμών d βελτιώνει την ανάλυση μήκους κύματος — γιατί τα πλέγματα αντικαθιστούν τα πρίσματα σε φασματόμετρα ακριβείας.

• d sin θ = mλ
• Απότομες τάξεις

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Περιθλαστικό πλέγμα έχει εκατοντάδες πυκνά απέχουσες παράλληλες σχισμές (μετρημένες σε γραμμές ανά χιλιοστό). Διαθλά πλέγμα με ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ γραμμές ανά χιλιοστό το φως σε μεγαλύτερη ή μικρότερη γωνία για την πρώτη φωτεινή κορυφή;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Μεγαλύτερη γωνία — περισσότερες γραμμές ανά mm σημαίνει μικρότερη απόσταση μεταξύ σχισμών, που απλώνει το σχήμα περίθλασης σε ευρύτερη γωνία.
• Πυκνότερο πλέγμα δίνει μικρότερη γωνία περίθλασης.
• Η γωνία περίθλασης δεν εξαρτάται από τις γραμμές ανά mm.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Γραμμές ανά mm

Τι μετράς:

• Γωνία πρώτης τάξης θ (°)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή grating και πάτησε Επαναφορά. Μήκος κύματος φωτός 500 nm.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη γωνίας περίθλασης πρώτης τάξης.
3. Ρύθμισε την πυκνότητα γραμμών πλέγματος για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη γωνία φωτεινής κροσσού πρώτης τάξης.

Κυρίαρχη εξίσωση

Εξίσωση περιθλαστικού πλέγματος — d·sinθ = mλ

Πλέγμα με απόσταση σχισμών d παράγει φωτεινούς κροσσούς όπου d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... για διαδοχικές τάξεις). Πυκνότερο πλέγμα (μικρότερο d, περισσότερες γραμμές ανά mm) περιθλά δεδομένο μήκος κύματος σε μεγαλύτερη γωνία.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε την απόσταση σχισμών d = 1/(γραμμές ανά mm) σε mm, και μετά λύσε d·sin θ = λ για θ, χρησιμοποιώντας λ = 500 nm (μετατρέποντας μονάδες προσεκτικά). Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε γιατί ΥΨΗΛΟΤΕΡΗ πυκνότητα γραμμών (περισσότερες γραμμές ανά mm) σημαίνει ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ απόσταση σχισμών d, που — αφού d·sinθ = λ — απαιτεί ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ γωνία θ για να ικανοποιήσει την ίδια συνθήκη μήκους κύματος.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Περιθλαστικά πλέγματα είναι η καρδιά των περισσότερων φασματομέτρων: διαφορετικά μήκη κύματος περιθλώνται σε διαφορετικές γωνίες από το ίδιο πλέγμα, χωρίζοντας χωρικά το φάσμα μιας φωτεινής πηγής για ανάλυση. Εξήγησε γιατί πυκνότερο πλέγμα (περισσότερες γραμμές ανά mm) δίνει ΚΑΛΥΤΕΡΗ ανάλυση μήκους κύματος — απλώνει δεδομένο εύρος μήκους κύματος σε ευρύτερο γωνιακό εύρος.
• Το πολύχρωμο ουράνιο τόξο που βλέπεις να ανακλάται από CD ή DVD είναι συμπεριφορά περιθλαστικού πλέγματος — οι πυκνά απέχουσες διαδρομές δεδομένων του δίσκου λειτουργούν ως πλέγμα ανάκλασης. Εξήγησε γιατί η κλίση CD σε διαφορετικές γωνίες αποκαλύπτει διαφορετικά χρώματα πιο φωτεινά.

• 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. Καλώς όρισες στο Περιθλαστικό πλέγμα
2. Επίλεξε το πλέγμα
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Απότομες φασματικές τάξεις
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Συμβολή και περίθλαση