Дифракція на одній щілині: інший тип картини
1 · Прогноз
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?
- Менше — ширша щілина дає вужчу, щільніше сконцентровану дифракційну картину.
- Ширша щілина розгортає картину більше.
- Ширина щілини не впливає на розгорт дифракційної карти.
2 · Установка
- 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).
3 · Збір даних
| Ширина щілини a (µm) | Позиція першого мінімуму y (mm) |
|---|---|
| 20.00 | |
| 40.00 | |
| 60.00 |
Побудуйте позицію першого мінімуму y (вісь y) проти 1/a (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- 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.
5 · Поглиблення
- 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.
Фізика цього експерименту
Перший дифракційний мінімум однієї щілини
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.