Optiikka

Diffraktiohila

Monta rakoa teroittaa maksimit ohuiksi kirkkaiksi kertaluvuiksi kohdassa d·sinθ = mλ – spektrometrin perusta.

Diffraktiohila – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Monta rakoa teroittaa maksimit ohuiksi kirkkaiksi kertaluvuiksi kohdassa d·sinθ = mλ – spektrometrin perusta. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Diffraktiohila

Monta rakoa teroittaa maksimit ohuiksi kirkkaiksi kertaluvuiksi kohdassa d·sinθ = mλ – spektrometrin perusta.

N rinnakkaista rakoa interferoituvat rakentavasti kulmissa, jotka toteuttavat yhtälön d sin θ = mλ, keskittäen energian teräviksi spektrikertaluvuiksi. Korkeampi viivatiheys d parantaa aallonpituuserotusta – siksi hilat korvaavat prismat tarkkuusspektrometreissä.

• d sin θ = mλ
• Terävät kertaluvut

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Diffraktiohilassa on satoja tiiviisti välitettyjä rinnakkaisia rakaoja (mitattuna viivoina millimetriä kohden). Diffraktoiko enemmän viivoja millimetriä kohden omaava hila valon suurempaan vai pienempään kulmaan ensimmäiselle kirkkaalle huipulle?

Punniteltavat ennusteet

• Suurempi kulma – enemmän viivoja per mm tarkoittaa pienempää väliä rakojen välillä, mikä levittää diffraktiokuvion leveämpään kulmaan.
• Tiiviimpi hila antaa pienemmän diffraktiokulman.
• Diffraktiokulma ei riipu viivoista per mm.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Viivaa per mm

Mitä mittaat:

• Ensimmäisen kertaluvun kulma θ (°)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa hila-esiasetus ja paina Nollaa. Valon aallonpituus on 500 nm.
2. Ota käyttöön ensimmäisen kertaluvun diffraktiokulman lukema.
3. Aseta hilan viivatiheys jokaiselle suoritukselle ja kirjaa ensimmäisen kertaluvun kirkkaan kaistan kulma.

Hallitseva yhtälö

Diffraktiohilan yhtälö — d·sinθ = mλ

d-raovälinen hila tuottaa kirkkaita kaistoja missä tahansa, jossa d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... peräkkäisille kertaluvuille). Tiiviimpi hila (pienempi d, enemmän viivoja per mm) diffraktoi annetun aallonpituuden suurempaan kulmaan.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske raoväli d = 1/(viivaa per mm) millimetreinä, sitten ratkaise d·sin θ = λ kulmalle θ arvolla λ = 500 nm (muuntaen yksiköt huolellisesti). Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi KORKEAMPI viivatiheys (enemmän viivoja per mm) tarkoittaa PIENEMPÄÄ raoväliä d, mikä – koska d·sinθ = λ – vaatii SUUREMPAA kulmaa θ täyttämään saman aallonpituusehdon.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Diffraktiohilot ovat useimpien spektrometrien sydän: eri aallonpituudet diffraktoituvat eri kulmiin samasta hilasta, erottaen tilallisesti valonlähteen spektrin analyysia varten. Selitä, miksi tiiviimpi hila (enemmän viivoja per mm) antaa PAREMMAN aallonpituuserotuksen – se levittää annetun aallonpituusvälin leveämmälle kulmaalueelle.
• Värikäs sateenkaari, jonka näet heijastuvan CD- tai DVD-levystä, on diffraktiohilan käyttäytymistä – levyn lähekkäin välitetyt dataraidat toimivat kuin heijastushila. Selitä, miksi CD:n kallistaminen eri kulmiin paljastaa eri värit kirkkaimmin.

• 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. Tervetuloa hilaan
2. Valitse hila
3. Paina Toista
4. Terävät spektrikertaluvut
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Interferenssi ja diffraktio