Optika

Difrakcija na jednom otvoru

Jedan otvor širi svjetlost u široki središnji maksimum s tamnijim bočnim krilima; prva tamna pruga je na a·sinθ = λ.

Difrakcija na jednom otvoru — interaktivna simulacija: Optika. Jedan otvor širi svjetlost u široki središnji maksimum s tamnijim bočnim krilima; prva tamna pruga je na a·sinθ = λ. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Difrakcija na jednom otvoru

Jedan otvor širi svjetlost u široki središnji maksimum s tamnijim bočnim krilima; prva tamna pruga je na a·sinθ = λ.

Jedan otvor difraktira svjetlost u sinc-oblikovan uzorak. Prva tamna pruga nastaje kad je a sin θ = λ, određujući kutnu širinu središnjeg krila. Uži otvori šire uzorak — granica optičke razlučivosti i osnova difrakcijskih rešetki.

• a sin θ = mλ
• Široki središnji maksimum

Sažetak istraživanja

Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij

Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.

Središnje pitanje

Svjetlost koja prolazi kroz JEDAN uski otvor također se širi u uzorak na zaslonu (difrakcija), sa svijetlom središnjom trakom obrubljenom tamnijim prugama. Širi li širi otvor ovaj difrakcijski uzorak više ili manje od užeg?

Predviđanja za odvagnuti

• Manje — širi otvor daje uži, tješnje ograničen difrakcijski uzorak.
• Širi otvor više širi uzorak.
• Širina otvora ne utječe na širenje difrakcijskog uzorka.

Uloge varijabli

Što postavljaš:

• Širina otvora a (µm)

Što mjeriš:

• Položaj prvog minimuma y (mm)

Kako istraživanje teče

1. Otvori postav single-slit i pritisni Resetiraj. Valna duljina svjetlosti je 550 nm; zaslon sjedi 100 cm od otvora.
2. Omogući očitanje položaja prvog minimuma.
3. Postavi širinu otvora za svaki pokušaj i zabilježi položaj prve tamne pruge (minimuma).

Odgovarajuća jednadžba

Prvi difrakcijski minimum jednog otvora — a·sinθ = mλ

Jedan otvor širine a daje svoju prvu tamnu prugu (minimum) pri kutu/položaju y = λL/a na zaslonu na udaljenosti L — ISTI oblik formule kao razmak pruga dva otvora, ali vođen vlastitom širinom otvora, a ne razmakom između dva otvora.

Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade

• Za jedan pokušaj izračunaj y = λL/a koristeći λ = 550 nm, L = 100 cm (pretvarajući jedinice za y u mm — ovo je položaj PRVE tamne pruge, m = 1). Usporedi s tablicom.
• Usporedi oblik ove formule s formulom pruga dvostrukog otvora, ali primijeti da koristi širinu JEDNOG otvora a, a ne razmak između dva otvora. Objasni zašto uži jedan otvor daje ŠIRI središnji difrakcijski uzorak — suprotno intuiciji, ali u skladu s istim skaliranjem 1/širina.

Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija

• Ista ova fizika (uži otvori jače difraktiraju svjetlost) postavlja fundamentalnu granicu koliko oštro bilo koja leća ili teleskop može fokusirati ili razlučiti sitne detalje — difrakcijska granica. Objasni zašto veća apertura teleskopa (poput šireg razmaka u dva otvora) daje oštriju moć razlučivanja, a ne zamućeniju.
• Difrakcijski uzorak jednog otvora ima jednu središnju svijetlu traku s postupno tamnijim bočnim trakama; interferencijski uzorak dva otvora ima mnogo gusto razmaknutih svijetlih pruga slične svjetline, sve unutar šire difrakcijske ovojnice jednog otvora. Objasni zašto pravi pokus s dva otvora (s otvorima nenulte širine) zapravo pokazuje OBA učinka zajedno.

• 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. Dobro došli u jedan otvor
2. Odaberi otvor
3. Pritisni Pokreni
4. Široki središnji maksimum
5. Otvori ploču Svojstva
6. Uspjelo ti je!

Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Otvori interaktivni laboratorij →

Preuzmi radni list →

Interferencija i difrakcija