Оптика

Дифракция на одной щели

Одна щель размывает свет в широкий центральный максимум с более тусклыми боковыми лепестками; первая тёмная полоса при a·sinθ = λ.

Дифракция на одной щели — интерактивная симуляция (Оптика). Одна щель размывает свет в широкий центральный максимум с более тусклыми боковыми лепестками; первая тёмная полоса при a·sinθ = λ. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Дифракция на одной щели

Одиночное отверстие дифрагирует свет в картину формы sinc. Первая тёмная полоса возникает при a sin θ = λ, задавая угловую ширину центрального лепестка. Более узкие щели уширяют картину — предел оптического разрешения и основа дифракционных решёток.

a sin θ = mλ
Широкий центральный максимум

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

Свет через ОДНУ узкую щель тоже разворачивается в картину на экране (дифракция) с яркой центральной полосой и более тусклыми боковыми. Более широкая щель разворачивает эту картину сильнее или слабее, чем узкая?

Прогнозы для взвешивания

Слабее — более широкая щель даёт более узкую, плотную дифракционную картину.
Более широкая щель разворачивает картину сильнее.
Ширина щели не влияет на размах дифракционной картины.

Роли переменных

Что вы задали:

Ширина щели a (µm)

Что вы измеряете:

Положение первого минимума y (mm)

Как идёт исследование

Откройте пресет single-slit и нажмите «Сброс». Длина волны 550 nm; экран в 100 cm от щели.
Включите показание положения первого минимума.
Задайте ширину щели для каждой пробы и запишите положение первой тёмной полосы (минимума).

Определяющее уравнение

Первый дифракционный минимум одной щели — a·sinθ = mλ

Одна щель шириной a даёт свою первую тёмную полосу (минимум) под углом/в положении y = λL/a на экране на расстоянии L — ТА ЖЕ форма формулы, что у периода полос двух щелей, но управляемая собственной шириной щели, а не расстоянием между двумя щелями.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

Для одной пробы вычислите y = λL/a при λ = 550 нм; L = 100 см (переведите единицы, чтобы получить y в мм — это положение ПЕРВОЙ тёмной полосы, m = 1). Сравните с таблицей.
Сравните форму этой формулы с формулой полос двух щелей, но заметьте: здесь используется ШИРИНА a одной щели, а не расстояние между двумя. Объясните, почему более узкая одиночная щель даёт БОЛЕЕ ШИРОКУЮ центральную дифракционную картину — вопреки интуиции, но в согласии с тем же масштабом 1/ширина.

Где это проявляется за пределами лаборатории

Эта же физика (более узкие апертуры сильнее дифрагируют) задаёт фундаментальный предел резкости фокусировки и разрешения любой линзы или телескопа — дифракционный предел. Объясните, почему большая апертура телескопа (как более широкое разделение щелей) даёт более резкую разрешающую способность, а не более размытую.
Дифракционная картина одной щели имеет одну центральную яркую полосу с постепенно тускнеющими боковыми; интерференционная картина двух щелей имеет много близких ярких полос схожей яркости, лежащих в более широкой дифракционной оболочке одной щели. Объясните, почему реальный опыт с двумя щелями (ненулевой ширины) показывает ОБА эффекта вместе.

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

Добро пожаловать к одной щели
Выберите щель
Нажмите Play
Широкий центральный максимум
Откройте панель свойств
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