Quang học

Nhiễu xạ qua khe đơn

Một khe đơn trải ánh sáng thành một cực đại trung tâm rộng cùng các thùy phụ mờ hơn; vân tối đầu tiên ở a·sinθ = λ.

Nhiễu xạ qua khe đơn — mô phỏng Quang học tương tác. Một khe đơn trải ánh sáng thành một cực đại trung tâm rộng cùng các thùy phụ mờ hơn; vân tối đầu tiên ở a·sinθ = λ. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Nhiễu xạ khe đơn

Một khe đơn phân tán ánh sáng thành một cực đại trung tâm rộng với các thùy phụ mờ hơn; vân tối đầu tiên tại a·sinθ = λ.

Một khẩu độ đơn nhiễu xạ ánh sáng thành một mẫu hình sinc. Vân tối đầu tiên xảy ra khi a sin θ = λ, xác định độ rộng góc của thùy trung tâm. Khe hẹp hơn làm mẫu rộng ra hơn — giới hạn độ phân giải quang học và là cơ sở của cách tử nhiễu xạ.

a sin θ = mλ
Cực đại trung tâm rộng

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Ánh sáng truyền qua một khe hẹp DUY NHẤT cũng lan truyền thành một hình trên màn (nhiễu xạ), với dải sáng ở giữa được bao quanh bởi các vân mờ hơn. Khe rộng hơn có trải rộng mô hình nhiễu xạ này nhiều hay ít hơn khe hẹp hơn không?

Dự đoán cân nặng

Ít hơn - một khe rộng hơn tạo ra mẫu nhiễu xạ hẹp hơn, hạn chế hơn.
Một khe rộng hơn giúp trải rộng mô hình hơn.
Độ rộng khe không ảnh hưởng đến sự lan truyền của mẫu nhiễu xạ.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

Chiều rộng khe a (µm)

Những gì bạn đo lường:

Vị trí tối thiểu đầu tiên y (mm)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

Mở cài đặt trước một khe và nhấn Đặt lại. Bước sóng ánh sáng là 550 nm; màn hứng cách khe 100cm.
Cho phép đọc vị trí tối thiểu đầu tiên.
Đặt độ rộng khe cho mỗi lần thử và ghi lại vị trí của vân tối đầu tiên (tối thiểu).

phương trình điều khiển

Nhiễu xạ đơn khe đầu tiên tối thiểu — a·sinθ = mλ

Một khe có chiều rộng a tạo ra vân tối đầu tiên (tối thiểu) của nó ở góc/vị trí y = λL/a trên màn ở khoảng cách L - công thức CÙNG có hình dạng như khoảng cách giữa hai khe, nhưng bị chi phối bởi chiều rộng của chính khe chứ không phải là sự ngăn cách giữa hai khe.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

Đối với một lần thử, hãy tính y = λL/a sử dụng λ = 550 nm, L = 100 cm (chuyển đổi đơn vị để lấy y tính bằng mm - đây là vị trí của vân tối ĐẦU TIÊN, m = 1). So sánh với bảng.
So sánh hình dạng của công thức này với công thức viền hai khe, nhưng lưu ý rằng nó sử dụng CHIỀU RỘNG a của khe đơn chứ không phải là khoảng cách giữa hai khe. Giải thích tại sao một khe đơn hẹp hơn tạo ra kiểu nhiễu xạ trung tâm RỘNG HƠN - trái ngược với trực giác, nhưng nhất quán với cùng tỷ lệ 1/chiều rộng.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

Vật lý tương tự này (khẩu độ hẹp hơn làm nhiễu xạ ánh sáng nhiều hơn) đặt ra giới hạn cơ bản về mức độ sắc nét mà bất kỳ ống kính hoặc kính thiên văn nào có thể lấy nét hoặc phân giải chi tiết nhỏ - giới hạn nhiễu xạ. Giải thích tại sao khẩu độ kính thiên văn lớn hơn (như khoảng cách rộng hơn của khe đôi) mang lại khả năng phân giải sắc nét hơn chứ không bị mờ hơn.
Hình ảnh nhiễu xạ của một khe đơn có một dải sáng ở giữa với các dải bên mờ dần; vân giao thoa của khe đôi có nhiều vân sáng đặt gần nhau có độ sáng tương tự nhau, tất cả đều nằm trong một đường bao nhiễu xạ một khe rộng hơn. Giải thích tại sao một thí nghiệm khe đôi thực sự (với các khe có chiều rộng khác 0) thực sự cho thấy CẢ HAI hiệu ứng kết hợp.

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

Chào mừng đến khe đơn
Chọn khe
Nhấn Phát
Cực đại trung tâm rộng
Mở Trình kiểm tra
Hoàn thành!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Giao Thoa & Nhiễu Xạ