Optika

Vieno plyšio difrakcija

Vienas plyšys išsklaido šviesą į platų centrinį maksimumą su blausesniais šoniais; pirmoji tamsi juosta ties a·sinθ = λ.

Vieno plyšio difrakcija — interaktyvi Optika simuliacija. Vienas plyšys išsklaido šviesą į platų centrinį maksimumą su blausesniais šoniais; pirmoji tamsi juosta ties a·sinθ = λ. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Vieno plyšio difrakcija

Vienas plyšys išsklaido šviesą į platų centrinį maksimumą su blausesniais šonais; pirmoji tamsi juosta ties a·sinθ = λ.

Viena apertūra difrakuoja šviesą į sinc formos raštą. Pirmoji tamsi juosta atsiranda, kai a sin θ = λ, nustatydama centrinio loblio kampinį plotį. Statesnės apertūros platina raštą — optinės skyros riba ir difrakcinių gardelių pagrindas.

• a sin θ = mλ
• Platus centrinis maksimumas

Tyrimo santrauka

Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją

Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.

Pagrindinis klausimas

Šviesa, einanti per VIENĄ siaurą plyšį, irgi skleidžiasi į raštą ekrane (difrakcija), su šviesia centrine juosta, apsupta blassesnių juostų. Ar platesnis plyšys skleidžia šį difrakcinį raštą daugiau ar mažiau nei siauresnis?

Svarstytini spėjimai

• Mažiau — platesnis plyšys gamina statesnį, labiau sukoncentruotą difrakcinį raštą.
• Platesnis plyšys skleidžia raštą labiau.
• Plyšio plotis neveikia difrakcinio rašto sklidimo.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Plyšio plotis a (µm)

Ką tu matauji:

• Pirmojo minimumo padėtis y (mm)

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Vieno plyšio difrakcija“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šviesos bangos ilgis yra 550 nm; ekranas sėdi 100 cm nuo plyšio.
2. Įjunk pirmojo minimumo padėties rodmuo.
3. Nustatyk plyšio plotį kiekvienam bandymui ir užsirašyk pirmosios tamsios juostos (minimumo) padėtį.

Valdančioji lygtis

Pirmasis vieno plyšio difrakcijos minimumas — a·sinθ = mλ

Vienas a pločio plyšys gamina savo pirmąją tamsią juostą (minimumą) kampe/padėtyje y = λL/a ekrane L atstumu — TA PATS formulės forma kaip dvigubo plyšio juostų tarpas, bet valdoma plyšio pačio pločio, o ne atskyrimo tarp dviejų plyšių.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok y = λL/a naudodamas λ = 550 nm, L = 100 cm (versdamas vienetus, kad gautum y mm — tai PIRMOSIOS tamsios juostos padėtis, m = 1). Palygink su lentele.
• Palygink šios formulės formą su dvigubo plyšio juostų formule, bet pastebėk, kad ji naudoja vieno plyšio PLOTĮ a, o ne atskyrimą tarp dviejų plyšių. Paaiškink, kodėl statesnis vienas plyšys gamina PLAČESNĮ centrinį difrakcinį raštą — priešingai intuicijai, bet suderinta su tuo pačiu 1/plotis mastelio.

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Ta pati fizika (statesnės apertūros stipriau difrakuoja šviesą) nustato fundamentalią ribą tam, kiek aštriai bet kuris lęšis ar teleskopas gali fokusuoti ar atskirti smulkias detales — difrakcinė riba. Paaiškink, kodėl didesnė teleskopo apertūra (kaip dvigubo plyšio platesnis išdėstymas) duoda aštresnę skyros galią, o ne sulietesnę.
• Vieno plyšio difrakcinis raštas turi vieną centrinę šviesią juostą su palaipsniui blyškančiomis šoninėmis juostomis; dvigubo plyšio interferencinis raštas turi daug tankiai išdėstytų panašaus ryškumo šviesių juostų, visų jojančių platesniame vieno plyšio difrakcijos voke. Paaiškink, kodėl realus dvigubo plyšio eksperimentas (su nenulinio pločio plyšiais) iš tikrųjų rodo ABU efektus kartu.

• 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. Sveiki atvykę prie vieno plyšio
2. Pasirink plyšį
3. Spausk Leisti
4. Platus centrinis maksimumas
5. Atidaryk Savybių skydą
6. Tau pavyko!

Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.

Atidaryk interaktyvią laboratoriją →

Atsisiųsti darbo lapą →

Interferencija ir difrakcija