高中定量 · 初中直观拓展 · 光学 · 衍射

缝越窄,光为什么散得越开?

单色远场、均匀单缝;暗纹角满足sinθ=λ/a,屏宽用小角近似。缩窄单缝,观察中央亮带扩散。

问题的来处19世纪初 · 夫琅禾费衍射

单缝衍射:问题从哪里来?

狭缝变窄,光斑反而变宽,这是几何光线很难解释的现象。夫琅禾费系统研究远场衍射,后来衍射成为光谱仪和望远镜设计不可绕过的限制。

读一段背景,带着问题动手

狭缝变窄,光斑反而变宽,这是几何光线很难解释的现象。夫琅禾费系统研究远场衍射,后来衍射成为光谱仪和望远镜设计不可绕过的限制。

将狭缝看作连续波源,屏上明暗来自各处波的叠加。先找中央主极大两侧的第一暗纹,再比较缝宽。

现在,换你来试缩窄单缝,观察中央亮带扩散。 固定其他条件,亲手将缝宽分别设为0.2和0.1mm,各核验一次;中央亮带宽度与缝宽成什么关系?

单缝衍射

P19 / 光学
今天的问题

中央亮带宽度与缝宽成什么关系?

独立探索要做什么?

缩窄单缝,观察中央亮带扩散。 固定其他条件,亲手将缝宽分别设为0.2和0.1mm,各核验一次;中央亮带宽度与缝宽成什么关系?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从0.3到0.03 mm逐步改变缝宽;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
金色:光束左板:狭缝右屏:第一暗纹边界
看这里 · 中央亮纹宽度11 mm

中央宽度11.000 mm;图面角度为放大示意,数值采用远场近似。

三维保留同一场、波或观测证据的空间示意;图线不是额外测得的实体轨迹,数值见同步读数。

中央亮纹宽度
11 mm
第一暗纹角
0.3151 °

中央宽度11.000 mm;图面角度为放大示意,数值采用远场近似。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

同样缝宽,把屏移远会怎样?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

第一暗纹sinθ=λ/a;中央亮纹宽≈2λL/a;I/I₀=(sinβ/β)²。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

中央亮带宽度与缝宽成什么关系?

换个条件,再试一次

同样缝宽,把屏移远会怎样?

看哪里?

三维保留同一场、波或观测证据的空间示意;图线不是额外测得的实体轨迹,数值见同步读数。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识光学 · 衍射涉及的量与单位:缝宽(mm)、波长(nm)、屏距(m)。高中定量 · 初中直观拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:缩窄单缝,观察中央亮带扩散。

再做定量:保持其他条件,比较缝宽与中央亮纹宽度(mm),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

第一暗纹sinθ=λ/a;中央亮纹宽≈2λL/a;I/I₀=(sinβ/β)²。

对照核验提示:宽缝:缝宽 0.2 mm;窄缝:只改变缝宽 0.1 mm。按这些题设自己操作并比较中央亮纹宽度,不把参考情景当个人完成。

适用范围:中央宽度11.000 mm;图面角度为放大示意,数值采用远场近似。

OpenStax · Single-Slit Diffraction(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。