Enkeltspalte-diffraksjon: en annen type mønster

1 · Prediker

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?

• Mindre — en bredere spalte produserer et smalere, tettere innesluttet diffraksjonsmønster.
• En bredere spalte sprer mønsteret mer.
• Spaltebredden påvirker ikke diffraksjonsmønsterets spredning.

2 · Oppsett

1. Åpne enkeltspalte-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Lysbølgelengden er 550 nm; skjermen ligger 100 cm fra spalten.
2. Aktiver første-minimum-posisjon-avlesningen.
3. Sett spaltebredden for hvert forsøk og registrer posisjonen til den første mørke stripen (minimum).

3 · Samle inn data

Plott første-minimum-posisjon y (y-akse) mot 1/a (x-akse) for dine tre forsøk.

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark