光学
回折回折格子
多くの開口は最大値をd·sinθ = mλで細い明るい次数に鋭くする — 分光計の基礎。
回折回折格子 — インタラクティブな光学シミュレーション。多くの開口は最大値をd·sinθ = mλで細い明るい次数に鋭くする — 分光計の基礎。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
回折格子
多数のスリットは d·sinθ = mλ で鋭い明線次数を作ります — 分光器の原理です。
N本の平行スリットは d sinθ = mλ を満たす角度で建設的に干渉し、エネルギーを鋭いスペクトル次数に集中させます。線密度dが高いほど波長分解能が向上します — これが精密分光器で回折格子がプリズムに取って代わる理由です。
- d sin θ = mλ
- 鋭い次数
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
回折格子には、密に並んだ平行スリットが数百本ある（1 mm 当たりの本数で測る）。1 mm 当たりの本数が多い格子は、第一明線をより大きい角度へ回折するか、小さい角度へ回折するか？
検討する予測
- 大きい角度 — 1 mm 当たりの本数が多いほどスリット間隔が小さくなり、回折パターンはより広い角度へ広がる。
- 密な格子では回折角は小さくなる。
- 回折角は 1 mm 当たりの本数に依存しない。
可変的な役割
設定するもの：
- 1 mm 当たりの線数
測定するもの：
- 1次の角度 θ (°)
実験の進め方
- grating プリセットを開き、「リセット」を押す。光の波長は 500 nm である。
- 1次回折角の表示を有効にする。
- 各試行の格子の線密度を設定し、1次の明るい干渉縞の角度を記録する。
支配方程式
回折格子の式 — d·sinθ = mλ
スリット間隔 d の格子は、d·sin θ = mλ（m = 1, 2, 3... は連続する次数）を満たす場所に明線を作る。密な格子（d が小さく、1 mm 当たりの線数が多い）は、同じ波長をより大きな角度へ回折する。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、mm 単位でスリット間隔 d = 1/(1 mm 当たりの線数) を計算し、d·sin θ = λ から θ を求める。λ = 500 nm を用い、単位を慎重に変換する。表と比較する。
- 線密度が高い（1 mm 当たりの線数が多い）ほどスリット間隔 d が小さくなる理由を説明する。d·sinθ = λ なので、同じ波長条件を満たすにはより大きな角度 θ が必要になる。
実験以外での活用
- 回折格子はほとんどの分光計の中心である。同じ格子から異なる波長が異なる角度へ回折し、光源のスペクトルを空間的に分離して分析できる。密な格子（1 mm 当たりの線数が多い）が波長分解能を高める理由を説明する。同じ波長範囲をより広い角度範囲に広げるためである。
- CD や DVD に反射して見える色鮮やかな虹は回折格子の現象である。ディスクの密に並んだデータトラックが反射格子のように働く。CD を異なる角度に傾けると最も明るく見える色が変わる理由を説明する。
- 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
- 回折格子へようこそ
- 格子を選択
- 再生
- 鋭いスペクトル次数
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。