ทัศนศาสตร์
การเลี้ยวเบนช่องแคบเดี่ยว
ช่องแคบเดี่ยวกระจายแสงออกเป็นแถบสว่างกลางที่กว้างพร้อมแถบข้างที่จางกว่า; แถบมืดแรกอยู่ที่ a·sinθ = λ
การเลี้ยวเบนช่องแคบเดี่ยว — การจำลองทัศนศาสตร์แบบโต้ตอบ ช่องแคบเดี่ยวกระจายแสงออกเป็นแถบสว่างกลางที่กว้างพร้อมแถบข้างที่จางกว่า; แถบมืดแรกอยู่ที่ a·sinθ = λ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
การเลี้ยวเบนช่องแคบเดี่ยว
ช่องแคบเดี่ยวกระจายแสงออกเป็นแถบสว่างกลางที่กว้างพร้อมแถบข้างที่สว่างน้อยกว่า แถบมืดแรกอยู่ที่ a·sinθ = λ
ช่องเปิดเดี่ยวทำให้แสงเลี้ยวเบนเป็นแบบรูปทรงซิงก์ แถบมืดแรกเกิดขึ้นเมื่อ a sinθ = λ ซึ่งกำหนดความกว้างเชิงมุมของแถบกลาง ช่องแคบที่แคบลงทำให้แบบรูปกว้างขึ้น—ขีดจำกัดของกำลังแยกทางแสงและพื้นฐานของเกรตติงเลี้ยวเบน
- a sin θ = mλ
- แถบสูงสุดกลางกว้าง
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
แสงผ่านช่องแคบเดี่ยวก็กระจายเป็นแบบแผนบนจอ (การเลี้ยวเบน) มีแถบสว่างส่วนกลางแวดล้อมด้วยแถบจางกว่า ช่องที่กว้างกว่ากระจายแบบแผนเลี้ยวเบนนี้มากกว่าหรือน้อยกว่าช่องที่แคบกว่า
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- น้อยกว่า — ช่องที่กว้างกว่าให้แบบแผนเลี้ยวเบนแคบและจำกัดกว่า
- ช่องที่กว้างกว่ากระจายแบบแผนมากกว่า
- ความกว้างช่องไม่กระทบการกระจายของแบบแผนเลี้ยวเบน
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ความกว้างช่องแคบ a (µm)
สิ่งที่คุณวัด:
- ตำแหน่งต่ำสุดแรก y (mm)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ single-slit แล้วกดรีเซ็ต ความยาวคลื่นแสง 550 nm จออยู่ห่างช่อง 100 cm
- เปิดค่าแสดงตำแหน่งต่ำสุดแรก
- ตั้งความกว้างช่องในแต่ละรอบแล้วบันทึกตำแหน่งแถบมืดแรก (ต่ำสุด)
สมการควบคุม
ต่ำสุดการเลี้ยวเบนแรกของช่องเดี่ยว — a·sinθ = mλ
ช่องเดี่ยวกว้าง a ให้แถบมืดแรก (ต่ำสุด) ที่มุม/ตำแหน่ง y = λL/a บนจอที่ระยะ L รูปแบบสูตรเหมือนระยะแถบสองช่องพอดี แต่กำหนดโดยความกว้างของช่องเอง ไม่ใช่ระยะห่างระหว่างสองช่อง
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ y = λL/a โดยใช้ λ = 550 nm, L = 100 cm (แปลงหน่วยให้ y เป็น mm นี่คือตำแหน่งแถบมืดแถกแรก m = 1) เทียบกับตาราง
- เทียบรูปร่างสูตรนี้กับสูตรแถบช่องแคบคู่ แต่สังเกตว่ามันใช้ความกว้าง a ของช่องเดี่ยว ไม่ใช่ระยะห่างระหว่างสองช่อง อธิบายว่าเหตุใดช่องเดี่ยวที่แคบกว่าจึงให้แบบแผนเลี้ยวเบนส่วนกลางกว้างกว่า — ตรงข้ามสัญชาตญาณ แต่สอดคล้องกับสเกล 1/ความกว้าง เดียวกัน
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- ฟิสิกส์เดียวกันนี้ (รูเปิดแคบกว่าเลี้ยวเบนแสงมากกว่า) กำหนดขีดจำกัดพื้นฐานว่าเลนส์หรือกล้องโทรทรรศน์ใด ๆ โฟกัสหรือแยกรายละเอียดละเอียดได้คมเพียงใด — ขีดจำกัดการเลี้ยวเบน อธิบายว่าเหตุใดรูรับแสงกล้องที่ใหญ่กว่า (เหมือนระยะห่างกว้างกว่าของช่องคู่) จึงให้กำลังแยกคมกว่า ไม่ใช่เบลอกว่า
- แบบแผนเลี้ยวเบนของช่องเดี่ยวมีแถบสว่างส่วนกลางหนึ่งแถบพร้อมแถบข้างที่จางลงเรื่อย ๆ ส่วนแบบแผนแทรกสอดของช่องคู่มีแถบสว่างชิดกันจำนวนมากความสว่างใกล้กัน ล้วนอยู่ในซองเลี้ยวเบนช่องเดี่ยวที่กว้างกว่า อธิบายว่าเหตุใดการทดลองช่องคู่จริง (ช่องมีความกว้างไม่เป็นศูนย์) จึงแสดงทั้งสองผลรวมกันจริง ๆ
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ ช่องแคบเดี่ยว
- เลือกช่องแคบ
- กดเล่น
- จุดสูงสุดกลางกว้าง
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ