Дифракция на одной щели: другой тип картины

1 · Прогноз

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?

2 · Подготовка

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

3 · Сбор данных

Ширина щели a (µm)Положение первого минимума y (mm)
20.00
40.00
60.00

Постройте положение первого минимума y (ось y) против 1/a (ось x) для трёх проб.

4 · Анализ

  1. 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.
  2. 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.

5 · Развитие

  1. 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.
  2. 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.

← Вернуться к эксперименту

Оптика

138 бесплатных печатных физических рабочих листов