Optyka

Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie

Pojedyncza szczelina rozprasza światło w szerokie maksimum środkowe ze słabszymi płatami bocznymi; pierwszy ciemny pas jest przy a·sinθ = λ.

Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie — interaktywna symulacja: Optyka. Pojedyncza szczelina rozprasza światło w szerokie maksimum środkowe ze słabszymi płatami bocznymi; pierwszy ciemny pas jest przy a·sinθ = λ. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie

Pojedyncza szczelina rozlewa światło w szerokie maksimum centralne ze słabszymi bocznymi płatami; pierwsza ciemna pasma jest przy a·sinθ = λ.

Pojedyncza apertura dyfraguje światło w obraz kształtu sinc. Pierwszy ciemny prążek występuje, gdy a sin θ = λ, ustalając szerokość kątową płata centralnego. Węższe szczeliny poszerzają obraz — limit rozdzielczości optycznej i podstawa siatek dyfrakcyjnych.

• a sin θ = mλ
• Szerokie maksimum centralne

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Światło przechodzące przez POJEDYNCZĄ wąską szczelinę też rozprasza się we wzór na ekranie (dyfrakcja), z jasnym środkowym pasem otoczonym słabszymi prążkami. Czy szersza szczelina rozprasza ten wzór dyfrakcyjny bardziej czy mniej niż węższa?

Prognozy do rozważenia

• Mniej — szersza szczelina daje węższy, ciaśniej skupiony wzór dyfrakcyjny.
• Szersza szczelina rozprasza wzór bardziej.
• Szerokość szczeliny nie wpływa na rozrzut wzoru dyfrakcyjnego.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Szerokość szczeliny a (µm)

Co mierzysz:

• Położenie pierwszego minimum y (mm)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset single-slit i naciśnij Reset. Długość fali światła to 550 nm; ekran leży 100 cm od szczeliny.
2. Włącz odczyt położenia pierwszego minimum.
3. Ustaw szerokość szczeliny dla każdej próby i zapisz położenie pierwszego ciemnego prążka (minimum).

Równanie rządzące

Pierwsze minimum dyfrakcji pojedynczej szczeliny — a·sinθ = mλ

Pojedyncza szczelina szerokości a daje swój pierwszy ciemny prążek (minimum) pod kątem/w pozycji y = λL/a na ekranie w odległości L — TEN SAM kształt wzoru co odstęp prążków podwójnej szczeliny, ale rządzony własną szerokością szczeliny, a nie rozstawem dwóch szczelin.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz y = λL/a przy λ = 550 nm; L = 100 cm (przeliczając jednostki, by uzyskać y w mm — to pozycja PIERWSZEGO ciemnego prążka, m = 1). Porównaj z tabelą.
• Porównaj kształt tego wzoru ze wzorem prążków podwójnej szczeliny, ale zauważ, że używa on SZEROKOŚCI a pojedynczej szczeliny, a nie rozstawu dwóch szczelin. Wyjaśnij, dlaczego węższa pojedyncza szczelina daje SZERSZY środkowy wzór dyfrakcyjny — wbrew intuicji, ale zgodnie z tym samym skalowaniem 1/szerokość.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Ta sama fizyka (węższe apertury silniej dyfrgują światło) wyznacza fundamentalny limit tego, jak ostro każda soczewka czy teleskop może skupiać lub rozróżniać detale — limit dyfrakcyjny. Wyjaśnij, dlaczego większa apertura teleskopu (jak szerszy rozstaw podwójnej szczeliny) daje ostrzejszą rozdzielczość, a nie rozmycie.
• Wzór dyfrakcyjny pojedynczej szczeliny ma jeden centralny jasny pas z coraz słabszymi pasami bocznymi; wzór interferencyjny podwójnej szczeliny ma wiele gęsto rozstawionych jasnych prążków podobnej jasności, wszystkie wewnątrz szerszej obwódki dyfrakcyjnej pojedynczej szczeliny. Wyjaśnij, dlaczego prawdziwy eksperyment z podwójną szczeliną (o niezerowej szerokości szczelin) pokazuje faktycznie OBA efekty łącznie.

• 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. Witamy w pojedynczej szczelinie
2. Zaznacz szczelinę
3. Naciśnij Play
4. Szerokie maksimum środkowe
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Interferencja i dyfrakcja