Optik

Enkelspaltsdiffraktion

En enskild spalt breder ut ljuset i ett brett centralt maximum med svagare sidolober; det första mörka bandet ligger vid a·sinθ = λ.

Enkelspaltsdiffraktion — interaktiv Optik-simulering. En enskild spalt breder ut ljuset i ett brett centralt maximum med svagare sidolober; det första mörka bandet ligger vid a·sinθ = λ. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Enkelspaltsdiffraktion

En enkelspalt sprider ljus till en bred centraltopp med svagare sidolober; det första mörka bandet ligger vid a·sinθ = λ.

En enda öppning diffrakterar ljus till ett sinc-format mönster. Den första mörka randen uppträder när a sin θ = λ, vilket bestämmer vinkelbredden på centraltoppen. Smalare spalter bredar ut mönstret — gränsen för optisk upplösning och grunden för diffraktionsgitter.

• a sin θ = mλ
• Bred centraltopp

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

Ljus som passerar genom en ENDA smal spalt breder också ut sig i ett mönster på en skärm (diffraktion), med ett ljust centralt band omgivet av svagare ränder. Breder en bredare spalt ut detta diffraktionsmönster mer eller mindre än en smalare spalt?

Förutsägelser att väga

• Mindre — en bredare spalt ger ett smalare, mer sammanträngt diffraktionsmönster.
• En bredare spalt breder ut mönstret mer.
• Spaltbredden påverkar inte diffraktionsmönstrets utbredning.

Variablernas roller

Det du ställer in:

• Spaltbredd a (µm)

Det du mäter:

• Position för första minimum y (mm)

Så går undersökningen till

1. Öppna förinställningen Enkelspalten och tryck på Återställ. Ljusets våglängd är 550 nm; skärmen ligger 100 cm från spalten.
2. Aktivera avläsningen av positionen för första minimum.
3. Ställ in spaltbredden för varje försök och notera positionen för den första mörka randen (minimum).

Styrande ekvation

Enkelspaltens första diffraktionsminimum — a·sinθ = mλ

En spalt med bredden a producerar sin första mörka rand (minimum) vid vinkel/position y = λL/a på en skärm på avståndet L — SAMMA formelutseende som randavståndet för dubbelspalt, men styrd av spaltens egen bredd i stället för ett avstånd mellan två spalter.

Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut

• Beräkna för ett försök y = λL/a med λ = 550 nm, L = 100 cm (omvandla enheter för att få y i mm — detta är positionen för den FÖRSTA mörka randen, m = 1). Jämför med tabellen.
• Jämför denna formels utseende med formeln för dubbelspaltränder, men notera att den använder den enskilda spaltens BREDD a i stället för ett avstånd mellan två spalter. Förklara varför en smalare enkelspalt ger ett BREDDARE centralt diffraktionsmönster — motsägelsefullt mot intuitionen, men förenligt med samma skalning med 1/bredd.

Var det här syns utanför labbet

• Samma fysik (smalare öppningar diffrakterar ljuset mer) sätter en grundläggande gräns för hur skarpt vilken lins eller vilket teleskop som helst kan fokusera eller urskilja fin detalj — diffraktionsgränsen. Förklara varför en större teleskopöppning (som dubbelspaltens större avstånd) ger skarpare upplösningsförmåga, inte suddigare.
• Diffraktionsmönstret från en enkelspalt har ett centralt ljust band med successivt svagare sidoband; interferensmönstret från en dubbelspalt har många tätt liggande ljusa ränder med liknande ljusstyrka, alla inom en bredare diffraktionsenvelop från en enkelspalt. Förklara varför ett verkligt dubbelspaltexperiment (med spalter av icke-noll bredd) faktiskt visar BÅDA effekterna kombinerade.

• 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 Enkelspalt
2. Välj spalten
3. Tryck på Spela upp
4. Bred centraltopp
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