اپتیک
پراش تکشکاف
تکشکاف نور را به بیشینهای مرکزی پهن با لوبهای کناری کمنورتر میپراکند؛ نخستین نوار تاریک در a·sinθ = λ است.
پراش تکشکاف — شبیهسازی تعاملی اپتیک. تکشکاف نور را به بیشینهای مرکزی پهن با لوبهای کناری کمنورتر میپراکند؛ نخستین نوار تاریک در a·sinθ = λ است. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
پراش تکشکاف
تکشکاف نور را به بیشینهای مرکزی پهن با لوبهای کناری کمنورتر میپراکند؛ نخستین نوار تاریک در a·sinθ = λ است.
روزنهای تک نور را به الگویی سینکشکل میپراکند. نخستین فریز تاریک وقتی رخ میدهد که a sin θ = λ، پهنای زاویهای لوب مرکزی را تعیین میکند. شکافهای باریکتر الگو را پهنتر میکنند — محدودیت تفکیک نوری و پایهٔ توریهای پراش.
- a sin θ = mλ
- بیشینهٔ مرکزی پهن
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
نور گذرنده از شکاف باریکِ یگانه هم روی پردهای پخش میشود (پراش)، با نوار روشن مرکزی و حاشیههای کمنور طرفین. آیا شکاف پهنتر این الگوی پراش را بیشتر یا کمتر از شکاف تنگتر پخش میکند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- کمتر — شکاف پهنتر الگوی پراش تنگتر و فشردهتری میسازد.
- شکاف پهنتر الگو را بیشتر پخش میکند.
- پهنای شکاف بر پخش الگوی پراش اثر ندارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- پهنای شکاف a (µm)
آنچه اندازه میگیرید:
- جای کمینهٔ اول y (mm)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم تکشکاف را باز کنید و Reset بزنید. طول موج نور 550 nm است؛ پرده 100 cm از شکاپ فاصله دارد.
- قرائت جای کمینهٔ اول را فعال کنید.
- پهنای شکاف را برای هر آزمایش تنظیم کنید و جای نخستین حاشیهٔ تاریک (کمینه) را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
کمینهٔ اول پراش تکشکاف — a·sinθ = mλ
تکشکافی با پهنای a اولین خط تاریک خود (کمینه) را در زاویه/مکان y = λL/a روی پردهای در فاصلهٔ L میسازد — همان شکل فرمول فاصلهٔ خطوط شکاف دوگانه، اما حاکم بر پهنای خود شکاف نه فاصلهٔ میان دو شکاف.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، y = λL/a را با λ = 550 nm و L = 100 cm حساب کنید (با تبدیل یکاها تا y برحسب mm درآید — این مکانِ اولین خط تاریک است، m = 1). با جدول مقایسه کنید.
- شکل این فرمول را با فرمول حاشیهٔ شکاف دوتایی مقایسه کنید، ولی ببینید بهجای فاصلهٔ دو شکاف، پهنای a خودِ شکافِ یگانه را به کار میبرد. توضیح دهید چرا شکاف تنگتر، الگوی پراش مرکزی پهنتری میسازد — خلاف شهود، ولی سازگار با همان مقیاس 1/پهنا.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- همین فیزیک (شکاف تنگتر، پراش بیشتر) حد بنیادیای بر تیزی کانونشده یا تفکیک جزئیات هر عدسی یا تلسکوپ میگذارد — حد پراش. توضیح دهید چرا دهانهٔ بزرگتر تلسکوپ (مثل فاصلهٔ بیشترِ شکاف دوتایی) قدرت تفکیک تیزتری میدهد، نه تارتر.
- الگوی پراش شکاف یگانه یک نوار روشن مرکزی با نوارهای جانبی بهمرور کمنور دارد؛ الگوی تداخل دو شکاف حاشیههای روشنِ ریز و پرشمارِ همروشنایی دارد که همه درون پوش پهنتر پراش تکشکاف سوارند. توضیح دهید چرا آزمایش واقعی دو شکاف (با شکافهای با پهنای ناصفر) در واقع هر دو اثر را با هم نشان میدهد.
- 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
- به تکشکاف خوش آمدید
- انتخاب شکاف
- Play را بفشارید
- بیشینهٔ مرکزی پهن
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.