Optik

Diffraktionsgitter

Många spaltar skärper maxima till tunna ljusa ordningar vid d·sinθ = mλ — grunden för en spektrometer.

Diffraktionsgitter — interaktiv Optik-simulering. Många spaltar skärper maxima till tunna ljusa ordningar vid d·sinθ = mλ — grunden för en spektrometer. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Diffraktionsgitter

Många spalter vässer maxima till tunna ljusa ordningar vid d·sinθ = mλ — grunden för en spektrometer.

N parallella spalter interfererar konstruktivt vid vinklar som uppfyller d sin θ = mλ och koncentrerar energi till skarpa spektrala ordningar. Högre linjetäthet förbättrar våglängdsupplösningen — varför gitter ersätter prismor i precisionspektrometrar.

• d sin θ = mλ
• Skarpa ordningar

Undersökningsblad

Planera frågan innan du öppnar labbet

Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.

Drivande fråga

Ett diffraktionsgitter har hundratals tätt liggande parallella spalter (mätt i linjer per millimeter). Diffrakterar ett gitter med FLER linjer per millimeter ljuset till en större eller mindre vinkel för den första ljusa toppen?

Förutsägelser att väga

• Större vinkel — fler linjer per mm betyder mindre avstånd mellan spalterna, vilket breder ut diffraktionsmönstret till en vidare vinkel.
• Ett tätare gitter ger mindre diffraktionsvinkel.
• Diffraktionsvinkeln beror inte på antalet linjer per mm.

Variablernas roller

Det du ställer in:

• Linjer per mm

Det du mäter:

• Första ordningens vinkel θ (°)

Så går undersökningen till

1. Öppna förinställningen Diffraktionsgittret och tryck på Återställ. Ljusets våglängd är 500 nm.
2. Aktivera avläsningen av diffraktionsvinkeln för första ordningen.
3. Ställ in gittrets linjetäthet för varje försök och notera vinkeln för den ljusa randen i första ordningen.

Styrande ekvation

Ekvation för diffraktionsgitter — d·sinθ = mλ

Ett gitter med spaltavståndet d producerar ljusa ränder överallt där d·sin θ = mλ (m = 1, 2, 3... för successiva ordningar). Ett tätare gitter (mindre d, fler linjer per mm) diffrakterar en given våglängd till en större vinkel.

Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut

• Beräkna för ett försök spaltavståndet d = 1/(lines per mm) i mm, lös sedan d·sin θ = λ för θ, med λ = 500 nm (omvandla enheter noggrant). Jämför med tabellen.
• Förklara varför HÖGRE linjetäthet (fler linjer per mm) betyder MINDRE spaltavstånd d, vilket — eftersom d·sinθ = λ — kräver STÖRRE vinkel θ för att uppfylla samma våglängdsvillkor.

Var det här syns utanför labbet

• Diffraktionsgitter är hjärtat i de flesta spektrometrar: olika våglängder diffrakteras till olika vinklar från samma gitter, vilket rumsligt separerar en ljuskällas spektrum för analys. Förklara varför ett tätare gitter (fler linjer per mm) ger BÄTTRE våglängdsupplösning — det breder ut ett givet våglängdsintervall över ett vidare vinkelintervall.
• Den färgglada regnbågen du ser reflekteras från en cd eller dvd är diffraktionsgitterbeteende — skivans tätt liggande dataspår fungerar som ett reflektionsgitter. Förklara varför det att luta en cd i olika vinklar får olika färger att lysa starkast.

• 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. Välkommen till Gitter
2. Välj gittret
3. Tryck på Spela upp
4. Skarpa spektrala ordningar
5. Öppna panelen Egenskaper
6. Klart!

Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Öppna interaktivt labb →

Ladda ner labblad →

Interferens & diffraktion