Optikk
Enkeltspalte-diffraksjon
En enkelt spalte sprer lyset til et bredt sentralt maksimum med svakere sidelober; det første mørke båndet ligger ved a·sinθ = λ.
Enkeltspalte-diffraksjon — interaktiv Optikk-simulering. En enkelt spalte sprer lyset til et bredt sentralt maksimum med svakere sidelober; det første mørke båndet ligger ved a·sinθ = λ. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Enkeltspalte-diffraksjon
En enkelt spalte sprer lyset til et bredt sentralt maksimum med svakere sidelober; det første mørke båndet ligger ved a·sinθ = λ.
En enkelt åpning diffrakterer lyset inn i et sinc-formet mønster. Den første mørke stripen oppstår når a sin θ = λ, som setter den vinkelmessige bredden til den sentrale loben. Smalere spalter utvider mønsteret — grensen for optisk oppløsning og grunnlaget for diffraksjonsgittere.
- a sin θ = mλ
- Bredt sentralt maksimum
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
Lys som passerer gjennom en ENKELT smal spalte sprer seg også til et mønster på en skjerm (diffraksjon), med et lyst sentralt bånd flankert av svakere striper. Sprer en bredere spalte dette diffraksjonsmønsteret mer eller mindre enn en smalere spalte?
Prediksjoner å veie
- Mindre — en bredere spalte produserer et smalere, tettere innesluttet diffraksjonsmønster.
- En bredere spalte sprer mønsteret mer.
- Spaltebredden påvirker ikke diffraksjonsmønsterets spredning.
Variabelroller
Hva du setter:
- Spaltebredde a (µm)
Hva du måler:
- Første minimumsposisjon y (mm)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne enkeltspalte-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Lysbølgelengden er 550 nm; skjermen ligger 100 cm fra spalten.
- Aktiver første-minimum-posisjon-avlesningen.
- Sett spaltebredden for hvert forsøk og registrer posisjonen til den første mørke stripen (minimum).
Styrende likning
Enkeltspaltens første diffraksjonsminimum — a·sinθ = mλ
En enkelt spalte med bredde a produserer sin første mørke stripe (minimum) ved vinkel/posisjon y = λL/a på en skjerm ved avstand L — den SAMME formelformen som dobbeltspalte-stripermellomrom, men styrt av spaltens egen bredde i stedet for et mellomrom mellom to spalter.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn y = λL/a med λ = 550 nm, L = 100 cm (med enhetskonvertering for å få y i mm — dette er posisjonen til den FØRSTE mørke stripen, m = 1). Sammenlign med tabellen.
- Sammenlign denne formelens form med dobbeltspalte-stripeformelen, men legg merke til at den bruker enkeltspaltens BREDDE a i stedet for et mellomrom mellom to spalter. Forklar hvorfor en smalere enkeltspalte produserer et BREDERE sentralt diffraksjonsmønster — mot intuisjonen, men konsistent med den samme 1/bredde-skaleringen.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Denne samme fysikken (smalere åpninger diffrakterer lys mer) setter en fundamental grense for hvor skarpt en vilkårlig linse eller et teleskop kan fokusere eller løse fin detalj — diffraksjonsgrensen. Forklar hvorfor en større teleskopåpning (som dobbeltspaltens bredere mellomrom) gir skarpere oppløsningsevne, ikke uskarphere.
- En enkelt spaltes diffraksjonsmønster har ett lyst sentralt bånd med progressivt svakere sidebånd; et dobbeltspalte-interferensmønster har mange tett plasserte lyse striper av lignende lysstyrke, som alle rider innenfor et bredere enkeltspalte-diffraksjonskonvolutt. Forklar hvorfor et ekte dobbeltspalte-eksperiment (med spalter av ikke-null bredde) faktisk viser BEGGE effektene kombinert.
- 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
- Velkommen til Enkeltspalte
- Velg spalten
- Trykk Spill av
- Bredt sentralt maksimum
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Optikk
- Samlende linse — reelt bilde
- Brennpunkt — parallelle stråler
- Forstørrelsesglass (objekt innenfor f)
- Spredende linse — virtuelt bilde
- Konkavt speil — reelt bilde
- Konveks speil — virtuelt bilde
- Planspeil
- Tilsynelatende dybde (flat grenseflate)
- Total indre refleksjon
- Tolinse-relé
- Sammensatt mikroskop (vinkel)
- Tolinse-forstørrer