Optika

Difrakčná mriežka

Mnoho otvorov zaostruje maximá do tenkých svetlých rádov pri d·sinθ = mλ — základ spektrometra.

Difrakčná mriežka — interaktívna simulácia Optika. Mnoho otvorov zaostruje maximá do tenkých svetlých rádov pri d·sinθ = mλ — základ spektrometra. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Difrakčná mriežka

Mnoho štrbín zaostruje maxima do tenkých svetlých radov pri d·sinθ = mλ — základ spektrometra.

N rovnobežných štrbín interferuje konštruktívne pri uhloch splňujúcich d sin θ = mλ, čím sústreďuje energiu do ostrých spektrálnych radov. Vyššia hustota čiar zlepšuje rozlíšenie vlnových dĺžok — prečo mriežky nahrádzajú hranoly v presných spektrometroch.

• d sin θ = mλ
• Ostré rady

Prehľad skúmania

Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória

Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.

Hlavná otázka

Difrakčná mriežka má stovky tesne rozostavených rovnobežných štrbín (meraných v čiarach na milimeter). Difrakuje mriežka s VIAC čiarami na milimeter svetlo na väčší alebo menší uhol pre prvý svetlý vrchol?

Predikcie na zváženie

• Väčší uhol — viac čiar na mm znamená menší rozostup štrbín, čo rozprestiera ohybový vzor na širší uhol.
• Hustejšia mriežka dáva menší difrakčný uhol.
• Difrakčný uhol nezávisí na počte čiar na mm.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Čiary na mm

Čo meriaš:

• Uhol prvého rádu θ (°)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu mriežka a stlač Resetovať. Vlnová dĺžka svetla je 500 nm.
2. Zapni odčítanie difrakčného uhla prvého rádu.
3. Nastav hustotu čiar mriežky pre každý pokus a zaznamenaj uhol svetlého pruhu prvého rádu.

Riadiaca rovnica

Rovnica difrakčnej mriežky — d·sinθ = mλ

Mriežka s rozostupom štrbín d produkuje svetlé pruhy vždy, keď d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3… pre po sebe idúce rady). Hustejšia mriežka (menšie d, viac čiar na mm) difraguje danú vlnovú dĺžku na väčší uhol.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Pre jeden pokus vypočítaj rozostup štrbín d = 1/(čiary na mm) v mm, potom vyrieš d·sin θ = λ pre θ, s λ = 500 nm (opatrne prevodiac jednotky). Porovnaj s tabuľkou.
• Vysvetli, prečo VYŠŠIA hustota čiar (viac čiar na mm) znamená MENŠÍ rozostup štrbín d, čo — keďže d·sinθ = λ — vyžaduje VÄČŠÍ uhol θ na splnenie tej istej podmienky vlnovej dĺžky.

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Difrakčné mriežky sú srdcom väčšiny spektrometrov: rôzne vlnové dĺžky difragujú na rôzne uhly z tej istej mriežky, priestorovo oddeľujúc spektrum svetelného zdroja na analýzu. Vysvetli, prečo hustejšia mriežka (viac čiar na mm) dáva LEPŠIE rozlíšenie vlnových dĺžok — rozprestiera daný rozsah vlnových dĺžok na širší uhlový rozsah.
• Farebná dúha, ktorú vidíš odrazajúcu sa z CD alebo DVD, je správanie difrakčnej mriežky — tesne rozestavené dátové stopy disku fungujú ako odrazová mriežka. Vysvetli, prečo nakláňanie CD pod rôznymi uhlami odhaľuje rôzne farby najjasnejšie.

• 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. Vitaj pri mriežke
2. Vyber mriežku
3. Stlač Prehrať
4. Ostré spektrálne rady
5. Otvor panel Vlastnosti
6. Zvládol si to!

Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.

Otvoriť interaktívne laboratórium →

Stiahnuť pracovný list →

Interferencia a ohyb