Оптика

Дифракционная решётка

Множество щелей затачивают максимумы в тонкие яркие порядки при d·sinθ = mλ — основа спектрометра.

Дифракционная решётка — интерактивная симуляция (Оптика). Множество щелей затачивают максимумы в тонкие яркие порядки при d·sinθ = mλ — основа спектрометра. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Дифракционная решётка

Множество щелей затачивают максимумы в тонкие яркие порядки при d·sinθ = mλ — основа спектрометра.

N параллельных щелей интерферируют конструктивно под углами, где d sin θ = mλ, концентрируя энергию в острых спектральных порядках. Большая плотность штрихов улучшает разрешение по длине волны — вот почему решётки вытесняют призмы из точных спектрометров.

• d sin θ = mλ
• Острые порядки

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

У дифракционной решётки сотни плотно стоящих параллельных щелей (меряется штрихами на миллиметр). Решётка с БОЛЬШИМ числом штрихов на мм дифрагирует свет на больший или меньший угол для первого яркого пика?

Прогнозы для взвешивания

• Больший угол — больше штрихов на мм значит меньший период щелей, что разворачивает дифракционную картину на более широкий угол.
• Более плотная решётка даёт меньший дифракционный угол.
• Дифракционный угол не зависит от штрихов на мм.

Роли переменных

Что вы задали:

• Штрихов на mm

Что вы измеряете:

• Угол первого порядка θ (°)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет grating и нажмите «Сброс». Длина волны 500 nm.
2. Включите показание угла дифракции первого порядка.
3. Задайте плотность штрихов решётки для каждой пробы и запишите угол яркой полосы первого порядка.

Определяющее уравнение

Уравнение дифракционной решётки — d·sinθ = mλ

Решётка с периодом d даёт яркие максимумы там, где d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3… для последовательных порядков). Более плотная решётка (меньше d, больше штрихов на мм) отклоняет данную длину волны на больший угол.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите период решётки d = 1/(штрихов на мм) в мм, затем решите d·sin θ = λ относительно θ, используя λ = 500 нм (аккуратно переводите единицы). Сравните с таблицей.
• Объясните, почему БОЛЬШАЯ плотность штрихов (больше штрихов на мм) означает МЕНЬШИЙ период d, который — поскольку d·sinθ = λ — требует БОЛЬШЕГО угла θ для того же условия на длину волны.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Дифракционные решётки — сердце большинства спектрометров: разные длины волн дифрагируют на разные углы от той же решётки, пространственно разделяя спектр источника для анализа. Объясните, почему более плотная решётка (больше штрихов на mm) даёт ЛУЧШЕЕ разрешение по длинам волн — она разворачивает диапазон на более широкий угловой.
• Цветная радуга, отражающаяся от CD или DVD, — поведение дифракционной решётки: плотные дорожки данных работают отражательной решёткой. Объясните, почему наклон CD под разными углами ярче всего показывает разные цвета.

• 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. Добро пожаловать к решётке
2. Выберите решётку
3. Нажмите Play
4. Резкие спектральные порядки
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Интерференция и дифракция