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?
- Слабее — более широкая щель даёт более узкую, плотную дифракционную картину.
- Более широкая щель разворачивает картину сильнее.
- Ширина щели не влияет на размах дифракционной картины.
2 · Подготовка
- 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).
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
- 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.
5 · Развитие
- 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.
Физика этого эксперимента
Первый дифракционный минимум одной щели
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.