Optika

Üksikpilu difraktsioon

Üksik pilu levitab valguse laia keskmaksimumiga tuhmimate külgharudega; esimene tume vöönd on a·sinθ = λ.

Üksikpilu difraktsioon — interaktiivne Optika simulatsioon. Üksik pilu levitab valguse laia keskmaksimumiga tuhmimate külgharudega; esimene tume vöönd on a·sinθ = λ. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

Üksikpilu difraktsioon

Üksik pilu levitab valguse laia keskmaksimumiga tuhmimate külgharudega; esimene tume vöönd on a·sinθ = λ.

Üksik ava difrageerib valguse sinc-kujuliseks mustriks. Esimene tume vöönd tekib, kui a sin θ = λ, määrates keskharu nurgalaiuse. Kitsamad pilud laiendavad mustrit — optilise eralduse piir ja difraktsioonivõrede alus.

• a sin θ = mλ
• Lai keskmine maksimum

Uurimise kokkuvõte

Planeeri küsimus enne labori avamist

Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.

Juhtküsimus

Läbi ÜKSIKU kitsa pilu läinud valgus samuti levib ekraanile mustriks (difraktsioon), heleda keskmise ribaga, äärtel tuhmimate ribadega. Kas laiem pilu levitab seda difraktsioonimustrit rohkem või vähem kui kitsam pilu?

Kaalutavad ennustused

• Vähem — laiem pilu annab kitsama, tihedamalt koondatud difraktsioonimustri.
• Laiem pilu levitab mustrit rohkem.
• Pilu laius ei mõjuta difraktsioonimustri ulatust.

Muutujate rollid

Mida sina sead:

• Pilu laius a (µm)

Mida sa mõõdad:

• Esimese miinimumi asukoht y (mm)

Kuidas uurimustöö käib

1. Ava üksikpilu eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Valguse lainepikkus on 550 nm; ekraan istub 100 cm kaugusel pilust.
2. Lülita sisse esimese miinimumi asukoha näit.
3. Sea iga katse jaoks pilu laius ja kirjuta üles esimese tumeda riba (miinimumi) asukoht.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Arvuta ühes katses y = λL/a, kasutades λ = 550 nm, L = 100 cm (ühikuid teisendades, et saada y mm-des — see on ESIMESE tumeda riba asukoht, m = 1). Võrdle tabeliga.
• Võrdle selle valemi kuju topeltpilu ribade valemiga, aga pane tähele, et ta kasutab üksikpilu LAIUST a pigem kui kahe pilu vahelt. Selgita, miks kitsam üksikpilu annab LAIEMA keskmise difraktsiooniriba — vastu intuitsioonile, aga kooskõlas sama 1/laius skaleerumisega.

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Sama füüsika (kitsamad avad difrageerivad valgust rohkem) seab põhilise piirangu sellele, kui teravalt mis tahes lääts või teleskoop saab fokusseerida või peent detaili eristada — difraktsioonipiir. Selgita, miks suurem teleskoobi ava (nagu topeltpilu laiem vahe) annab teravama eristusvõime, mitte hägusama.
• Üksikpilu difraktsioonimustril on üks keskmine heledariba koos järjest tuhmimate küljeribadega; topeltpilu interferentsimustril on palju tihedalt paiknevad sarnase heledusega ribad, kõik sõidetes laiemas üksikpilu difraktsiooni ümbrikes. Selgita, miks päris topeltpilu eksperiment (nollast erineva laiusega piludega) näitab tegelikult MÕLEMAT efekti kombineerituna.

• 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. Tere tulemais üksikpilu juurde
2. Vali pilu
3. Vajuta Esita
4. Lai keskmine maksimum
5. Ava Omaduste paneel
6. Said hakkama!

Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.

Ava interaktiivne labor →

Laadi tööleht alla →

Interferents ja difraktsioon