Οπτική

Περίθλαση μονής σχισμής

Μονή σχισμή ανοίγει το φως σε φαρύ κεντρικό μέγιστο με αμυδρότερους πλάγιους λοβούς· η πρώτη σκοτεινή ζώνη είναι στο a·sinθ = λ.

Περίθλαση μονής σχισμής — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Μονή σχισμή ανοίγει το φως σε φαρύ κεντρικό μέγιστο με αμυδρότερους πλάγιους λοβούς· η πρώτη σκοτεινή ζώνη είναι στο a·sinθ = λ. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Περίθλαση μονής σχισμής

Μία σχισμή απλώνει το φως σε ευρύ κεντρικό μέγιστο με πιο αχνές πλάγιες λοβούς· η πρώτη σκοτεινή ζώνη είναι στο a·sinθ = λ.

Μία απλή οπή περίθλασης απλώνει το φως σε σχήμα τύπου sinc. Η πρώτη σκοτεινή κροσσός συμβαίνει όταν a sin θ = λ, ορίζοντας το γωνιακό πλάτος του κεντρικού λοβού. Πιο στενές σχισμές πλαταίνουν το σχήμα — όριο στην οπτική ανάλυση και βάση των περιθλαστικών πλεγμάτων.

• a sin θ = mλ
• Ευρύ κεντρικό μέγιστο

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

Φως που περνά μέσα από ΜΙΑ στενή σχισμή επίσης απλώνεται σε σχήμα σε οθόνη (περίθλαση), με φωτεινή κεντρική ζώνη πλαισιωμένη από πιο αχνές κροσσούς. Απλώνει ευρύτερη σχισμή αυτό το σχήμα περίθλασης περισσότερο ή λιγότερο από στενότερη;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Λιγότερο — ευρύτερη σχισμή παράγει στενότερο, πιο σφιχτά περιορισμένο σχήμα περίθλασης.
• Ευρύτερη σχισμή απλώνει το σχήμα περισσότερο.
• Το πλάτος σχισμής δεν επηρεάζει την απλούστωση σχήματος περίθλασης.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Πλάτος σχισμής a (µm)

Τι μετράς:

• Θέση πρώτου ελαχίστου y (mm)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή single-slit και πάτησε Επαναφορά. Μήκος κύματος φωτός 550 nm· η οθόνη κάθεται 100 cm από τη σχισμή.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη θέσης πρώτου ελαχίστου.
3. Ρύθμισε το πλάτος σχισμής για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη θέση της πρώτης σκοτεινής κροσσού (ελάχιστο).

Κυρίαρχη εξίσωση

Πρώτο ελάχιστο περίθλασης μονής σχισμής — a·sinθ = mλ

Μονή σχισμή πλάτους a παράγει την πρώτη σκοτεινή κροσσό της (ελάχιστο) σε γωνία/θέση y = λL/a σε οθόνη σε απόσταση L — το ΙΔΙΟ σχήμα τύπου με την απόσταση κροσσών διπλής σχισμής, αλλά διευθυνόμενο από το ίδιο το πλάτος σχισμής αντί για απόσταση μεταξύ δύο σχισμών.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε y = λL/a χρησιμοποιώντας λ = 550 nm, L = 100 cm (μετατρέποντας μονάδες για να πάρεις y σε mm — αυτή είναι η θέση της ΠΡΩΤΗΣ σκοτεινής κροσσού, m = 1). Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Σύγκρινε το σχήμα αυτού του τύπου με τον τύπο κροσσών διπλής σχισμής, αλλά πρόσεξε ότι χρησιμοποιεί το ΠΛΑΤΟΣ a της μονής σχισμής αντί για απόσταση μεταξύ δύο σχισμών. Εξήγησε γιατί στενότερη μονή σχισμή παράγει ΕΥΡΥΤΕΡΟ κεντρικό σχήμα περίθλασης — αντίθετο με τη διαίσθηση, αλλά συνεπές με την ίδια κλιμάκωση 1/πλάτος.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Αυτή η ίδια φυσική (στενότερες οπές περίθλασης φωτός περισσότερο) θέτει θεμελιώδες όριο στο πόσο απότομα μπορεί οποιοσδήποτε φακός ή τηλεσκόπιο να εστιάσει ή να διαλύσει λεπτομέρεια — το όριο περίθλασης. Εξήγησε γιατί μεγαλύτερο άνοιγμα τηλεσκοπίου (όπως η ευρύτερη απόσταση διπλής σχισμής) δίνει οξύτερη ικανότητα διάλυσης, όχι πιο θολή.
• Το σχήμα περίθλασης μονής σχισμής έχει μία κεντρική φωτεινή ζώνη με προοδευτικά πιο αχνές πλάγιες ζώνες· το σχήμα συμβολής διπλής σχισμής έχει πολλούς πυκνά απέχοντες φωτεινούς κροσσούς παρόμοιας φωτεινότητας, όλους να κινούνται μέσα σε ευρύτερο φάκελο περίθλασης μονής σχισμής. Εξήγησε γιατί πραγματικό πείραμα διπλής σχισμής (με σχισμές μη μηδενικού πλάτους) στην πραγματικότητα δείχνει ΚΑΙ ΤΑ ΔΥΟ φαινόμενα συνδυασμένα.

• 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 στη Μονή σχισμή
2. Επίλεξε τη σχισμή
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Ευρύ κεντρικό μέγιστο
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