Optika

Vienas spraugas difrakcija

Viena sprauga izplata gaismu plašā centrālajā maksimumā ar blāvākām sānu joslām; pirmā tumšā josla ir pie a·sinθ = λ.

Vienas spraugas difrakcija — interaktīva Optika simulācija. Viena sprauga izplata gaismu plašā centrālajā maksimumā ar blāvākām sānu joslām; pirmā tumšā josla ir pie a·sinθ = λ. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Vienas spraugas difrakcija

Viena sprauga izplata gaismu plašā centrālajā maksimumā ar blāvākām sānu joslām; pirmā tumšā josla ir pie a·sinθ = λ.

Viena atvere difrangē gaismu sinc-veida rakstā. Pirmā tumšā josla rodas, kad a sin θ = λ, noteicot centrālās daivas leņķisko platumu. Šaurākas spraugas paplašina rakstu — optiskās izšķirtspējas robeža un difrakcijas režģu pamats.

• a sin θ = mλ
• Plašs centrālais maksimums

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Gaisma, izejot cauri VIENAI šaurai spraugai, arī izpletas rakstā uz ekrāna (difrakcija), ar gaišu centrālo josmu, ko ieskauj blāvākas joslas. Vai platāka sprauga izpleš šo difrakcijas rakstu vairāk vai mazāk nekā šaurāka sprauga?

Prognozes, ko svērt

• Mazāk — platāka sprauga rada šaurāku, ciešāk koncentrētu difrakcijas rakstu.
• Platāka sprauga izpleš rakstu vairāk.
• Spraugas platums neietekmē difrakcijas raksta izplatījumu.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Spraugas platums a (µm)

Ko tu mēri:

• Pirmā minimuma novietojums y (mm)

Kā izpēte norit

1. Atver vienas spraugas eksperimentu un nospied Atiestatīt. Gaismas viļņa garums ir 550 nm; ekrāns sēž 100 cm no spraugas.
2. Ieslēdz pirmā minimuma novietojuma rādījumu.
3. Iestati spraugas platumu katram mēģinājumam un ieraksti pirmās tumšās joslas (minimuma) novietojumu.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini y = λL/a ar λ = 550 nm, L = 100 cm (pārvēršot vienības, lai iegūtu y mm — šis ir PIRMĀS tumšās joslas novietojums, m = 1). Salīdzini ar tabulu.
• Salīdzini šīs formulas formu ar dubultspraugas joslu formulu, bet ievēro, ka tā izmanto vienas spraugas PLATUMU a, nevis atstatumu starp divām spraugām. Izskaidro, kāpēc šaurāka viena sprauga rada PLATĀKU centrālo difrakcijas rakstu — pretēji intuīcijai, bet konsekventi ar to pašu 1/platums skalēšanu.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Šī pati fizika (šaurākas atveres difrangē gaismu vairāk) nosaka fundamentālu robežu tam, cik asi jebkura lēca vai teleskops var fokusēt vai izšķirt sīkas detaļas — difrakcijas robeža. Izskaidro, kāpēc lielāka teleskopa atvere (kā dubultspraugas platākais atstatums) dod asāku izšķirtspēju, nevis miglaināku.
• Vienas spraugas difrakcijas rakstam ir viena centrālā gaišā josma ar pakāpeniski blāvākām sānu joslām; dubultspraugas interferences rakstam ir daudzas cieši izvietotas līdzīga spilgtuma gaišas joslas, visas jājoties virsū platākai vienas spraugas difrakcijas apvalkā. Izskaidro, kāpēc īsts dubultspraugas eksperiments (ar spraugām ar nenulles platumu) patiesībā rāda ABUS efektus apvienotus.

• 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. Sveicināts vienas spraugas eksperimentā
2. Atlasīts spraugu
3. Nospied „Atskaņot”
4. Plašs centrālais maksimums
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Interference un difrakcija