Optikk

Diffraksjonsgitter

Mange spalter skjerper maksimumene til tynne, lyse ordener ved d·sinθ = mλ — grunnlaget for et spektrometer.

Diffraksjonsgitter — interaktiv Optikk-simulering. Mange spalter skjerper maksimumene til tynne, lyse ordener ved d·sinθ = mλ — grunnlaget for et spektrometer. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Diffraksjonsgitter

Mange spalter skjerper maksimumene til tynne, lyse ordener ved d·sinθ = mλ — grunnlaget for et spektrometer.

N parallelle spalter interfererer konstruktivt ved vinkler som oppfyller d sin θ = mλ, og konsentrerer energien i skarpe spektralordener. Høyere linjetetthet d forbedrer bølgelengdeoppløsningen — derfor erstatter gittere prisme i presisjonsspektrometre.

• d sin θ = mλ
• Skarpe ordener

Undersøkelsesgrunnlag

Planlegg spørsmålet før du åpner labben

Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.

Problemstilling

Et diffraksjonsgitter har hundrevis av tett plasserte parallelle spalter (målt i linjer per millimeter). Diffrakterer et gitter med FLERE linjer per millimeter lyset til en større eller mindre vinkel for den første lyse toppen?

Prediksjoner å veie

• Større vinkel — flere linjer per mm betyr mindre mellomrom mellom spaltene, noe som sprer diffraksjonsmønsteret til en videre vinkel.
• Et tettere gitter gir en mindre diffraksjonsvinkel.
• Diffraksjonsvinkelen avhenger ikke av linjer per mm.

Variabelroller

Hva du setter:

• Linjer per mm

Hva du måler:

• Førsteordens vinkel θ (°)

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne gitter-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Lysbølgelengden er 500 nm.
2. Aktiver førsteordens diffraksjonsvinkel-avlesningen.
3. Sett gitterets linjetetthet for hvert forsøk og registrer førsteordens lysestripe-vinkelen.

Styrende likning

Diffraksjonsgitter-likningen — d·sinθ = mλ

Et gitter med spaltemellomrom d produserer lyse striper uansett hvor d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... for successive ordener). Et tettere gitter (mindre d, flere linjer per mm) diffrakterer en gitt bølgelengde til en større vinkel.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn spaltemellomrommet d = 1/(linjer per mm) i mm, og løs deretter d·sin θ = λ for θ, med λ = 500 nm (med omhyggelig enhetskonvertering). Sammenlign med tabellen.
• Forklar hvorfor en HØYERE linjetetthet (flere linjer per mm) betyr et MINDRE spaltemellomrom d, som — siden d·sinθ = λ — krever en STØRRE vinkel θ for å tilfredsstille den samme bølgelengdebetingelsen.

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Diffraksjonsgittere er hjertet av de fleste spektrometre: forskjellige bølgelengder diffrakterer til forskjellige vinkler fra det samme gitteret, og separerer en lyskildes spektrum romlig for analyse. Forklar hvorfor et tettere gitter (flere linjer per mm) gir BEDRE bølgelengdeoppløsning — det sprer et gitt bølgelengdeområde over et videre vinkelområde.
• Den fargerike regnbuen du ser reflekteres fra en CD eller DVD er diffraksjonsgitter-oppførsel — plateens tett plasserte datasporene fungerer som et refleksjonsgitter. Forklar hvorfor å vippe en CD i forskjellige vinkler avslører forskjellige farger mest levende.

• 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. Velkommen til Gitter
2. Velg gitteret
3. Trykk Spill av
4. Skarpe spektralordener
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Interferens og diffraksjon