Оптика

Дифракція на одній щілині

Одна щілина розкидає світло у широкий центральний максимум з тьмянішими бічними пелюстками; перша темна смуга при a·sinθ = λ.

Дифракція на одній щілині — інтерактивне моделювання: Оптика. Одна щілина розкидає світло у широкий центральний максимум з тьмянішими бічними пелюстками; перша темна смуга при a·sinθ = λ. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Дифракція на одній щілині

Одиночна апертура дифрагує світло у картину форми sinc. Перша темна смуга виникає при a sin θ = λ, задаючи кутову ширину центральної пелюстки. Вужчі щілини розширюють картину — межа оптичної роздільності та основа дифракційних ґраток.

a sin θ = mλ
Широкий центральний максимум

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Світло, що проходить крізь ОДНУ вузьку щілину, теж розкладається у картину на екрані (дифракція), зі світлою центральною смугою в обрамленні тьмяніших. Чи розгортає ширша щілина цю дифракційну картину більше чи менше, ніж вужча?

Прогнози для зважування

Менше — ширша щілина дає вужчу, щільніше сконцентровану дифракційну картину.
Ширша щілина розгортає картину більше.
Ширина щілини не впливає на розгорт дифракційної карти.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

Ширина щілини a (µm)

Що ви вимірюєте:

Позиція першого мінімуму y (mm)

Як проходить дослідження

Відкрийте пресет single-slit та натисніть «Скинути». Довжина хвилі світла 550 nm; екран за 100 cm від щілини.
Увімкніть показ позиції першого мінімуму.
Задайте ширину щілини для кожного заміру та запишіть позицію першої темної смуги (мінімуму).

Керівне рівняння

Перший дифракційний мінімум однієї щілини — a·sinθ = mλ

Одинічна щілина ширини a дає свою першу темну смугу (мінімум) на куті/позиції y = λL/a на екрані на відстані L — ТА САМА форма формули, що й крок смуг двох щілин, але керована власною шириною щілини, а не відстанню між двома щілинами.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

Для одного заміру обчисліть y = λL/a з λ = 550 nm, L = 100 cm (конвертуючи одиниці, щоб отримати y у mm — це позиція ПЕРШОЇ темної смуги, m = 1). Порівняйте з таблицею.
Порівняйте форму цієї формули з формулою смуг двох щілин, але помітьте, що вона використовує ШИРИНУ однієї щілини a, а не відстань між двома щілинами. Поясніть, чому вужча одиночна щілина дає ШИРШУ центральну дифракційну картину — всупереч інтуїції, але узгоджено з тим самим масштабуванням 1/ширина.

Де це трапляється за межами лабораторії

Ця сама фізика (вужчі апертури сильніше дифрагують світло) задає фундаментальну межу того, наскільки гостро будь-яка лінза чи телескоп може фокусувати або розділяти дрібні деталі — дифракційна межа. Поясніть, чому більша апертура телескопа (як ширша розділення у двох щілин) дає гострішу роздільну здатність, а не розмитішу.
Дифракційна картина однієї щілини має одну центральну світлу смугу з поступово тьмянішими бічними; інтерференційна картина двох щілин має багато щільно розставлених світлих смуг подібної яскравості, усі в межах ширшої дифракційної обвідної однієї щілини. Поясніть, чому справжній експеримент з двома щілинами (зі щілинами ненульової ширини) фактично показує ОБА ефекти разом.

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

Вітаємо в одній щілині
Виберіть щілину
Натисніть «Запустити»
Широкий центральний максимум
Відкрийте панель властивостей
У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Інтерференція та дифракція