ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fale i optyka (rozszerzenie)klasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/dyfrakcja-i-interferencja-na-szczelinach/

Fizyka · Fale i optyka (rozszerzenie) · kl. 3 · zakres rozszerzony

Dyfrakcja i interferencja na szczelinach

Jak szeroka musi być szczelina, żeby światło się za nią rozeszło, i jak z prążków na ekranie wyznaczyć długość fali.

ok. 4 min czytania10 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Warunki interferencji

  • Interferencja to nakładanie się (superpozycja) fal ze spójnych źródeł – o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz.
  • Oznaczenia: Δ — różnica dróg fal od dwóch źródeł do punktu [m]; λ — długość fali [m]; n — liczba całkowita (0, 1, 2, …).
Zapamiętaj

Dla źródeł drgających w zgodnej fazie: wzmocnienie (maksimum) dla Δ = n · λ, wygaszenie (minimum) dla Δ = (n + ½) · λ.

2Dyfrakcja na jednej szczelinie

  • Oznaczenia: a — szerokość szczeliny [m]; α — kąt ugięcia, mierzony od pierwotnego kierunku biegu fali.
  • Im węższa szczelina w porównaniu z λ, tym fala bardziej się ugina (szerszy środkowy jasny prążek). Pierwsze minimum (ciemny prążek) leży pod kątem, dla którego a · sin α = λ.
  • Dla a ≫ λ ugięcie jest prawie niewidoczne. Przykład: a = 2 µm, λ = 600 nm: sin α = λ przez a = 0,3, więc α ≈ 17,5°.
Sprawdź, czy rozumiesz

Pierwsze minimum dyfrakcji na szczelinie o szerokości a leży pod kątem α spełniającym warunek

3Dwie szczeliny

  • Oznaczenia: d — odległość między szczelinami [m]; L — odległość ekranu od szczelin [m]; Δy — odstęp sąsiednich jasnych prążków [m].
dΔyLprzegrodaekran
Dwie wąskie szczeliny oświetlone światłem monochromatycznym dają na ekranie na przemian jasne i ciemne prążki w odstępie Δy
  • Fale z obu szczelin docierają do punktu ekranu z różnicą dróg Δ = d · sin α, więc jasny prążek rzędu n leży pod kątem, dla którego d · sin α = n · λ. Dla małych kątów sin α ≈ y przez L (y – odległość prążka od środka ekranu), więc prążki są rozmieszczone równomiernie.
Zapamiętaj

Dla L ≫ d i małych kątów: Δy ≈ λ · L przez d, stąd λ = Δy · d przez L.

  • Dane: λ = 600 nm = 6·10−⁠7 m, d = 0,3 mm = 3·10−⁠4 m, L = 2 m.
  • Wzór: Δy = λ · L przez d.
  • Obliczenia: Δy = 6·10−⁠7 m · 2 m przez 3·10−⁠4 m = 4·10−⁠3 m.
  • Odpowiedź: Δy = 4 mm. Większe λ albo L – prążki dalej od siebie; większe d – bliżej.

4Dodatkowo: fala stojąca

  • Dodatkowo (podręczniki ZR, nie osobne wymaganie): fala stojąca powstaje z nałożenia dwóch jednakowych fal biegnących w przeciwne strony. Ma węzły (brak drgań) i strzałki (największa amplituda) co λ/2.
  • Struna o długości L zamocowana na końcach: fn = n · v przez 2L, n = 1, 2, … (v — prędkość fali w strunie [m/s]). Dla L = 0,60 m i v = 240 m/s: f1 = 240 m/s przez 1,2 m = 200 Hz.
Uwaga na błąd

Wstawianie do Δy = λL/d milimetrów i nanometrów bez zamiany. Przed obliczeniem zamień wszystko na metry.

Sprawdź, czy rozumiesz

Odstęp sąsiednich jasnych prążków dla dwóch szczelin (L ≫ d) to

✎Ściąga: Dyfrakcja i interferencja na szczelinach

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Dla źródeł drgających w zgodnej fazie: wzmocnienie (maksimum) dla Δ = n · λ, wygaszenie (minimum) dla Δ = (n + ½) · λ.
  • Dla L ≫ d i małych kątów: Δy ≈ λ · L przez d, stąd λ = Δy · d przez L.
  • Interferencja to nakładanie się (superpozycja) fal ze spójnych źródeł – o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz.
  • Oznaczenia: Δ — różnica dróg fal od dwóch źródeł do punktu [m]; λ — długość fali [m]; n — liczba całkowita (0, 1, 2, …).
  • Oznaczenia: a — szerokość szczeliny [m]; α — kąt ugięcia, mierzony od pierwotnego kierunku biegu fali.
  • Oznaczenia: d — odległość między szczelinami [m]; L — odległość ekranu od szczelin [m]; Δy — odstęp sąsiednich jasnych prążków [m].
  • Dane: λ = 600 nm = 6·10−⁠7 m, d = 0,3 mm = 3·10−⁠4 m, L = 2 m.
  • Wzór: Δy = λ · L przez d.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Pierwsze minimum dyfrakcji na szczelinie o szerokości a leży pod kątem α spełniającym warunek

    1. Aa·sin α = λ/2
    2. Ba·cos α = λ
    3. Ca·sin α = λ
    4. Da = λ·sin α
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: a·sin α = λ – Dla jednej szczeliny pierwszy ciemny prążek leży pod kątem, dla którego a·sin α = λ.

  2. Jak zmienia się ugięcie fali, gdy zwężamy szczelinę?

    1. AFala mniej się ugina
    2. BFala przestaje przechodzić
    3. CNic się nie zmienia
    4. DFala bardziej się ugina
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Fala bardziej się ugina – Im mniejsze a w porównaniu z λ, tym szerzej fala rozchodzi się za szczeliną.

  3. Dla a = 2 µm i λ = 600 nm kąt pierwszego minimum dyfrakcyjnego wynosi około

    1. A17,5°
    2. B60°
    3. C5°
    4. D30°
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 17,5° – sin α = 0,6 µm/2 µm = 0,3, więc α ≈ 17,5°.

  4. Dwa spójne źródła drgają w zgodnej fazie, λ = 2 cm. W punkcie odległym od nich o 13 cm i 8 cm zachodzi

    1. Aosłabienie (minimum interferencyjne)
    2. Bfale w ogóle nie interferują
    3. Cwzmocnienie (maksimum interferencyjne)
    4. Dpodwojenie częstotliwości
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: osłabienie (minimum interferencyjne) – Δ = 5 cm = 2,5λ = (2 + ½)λ, więc fale spotykają się w przeciwnych fazach i się osłabiają.

  5. Odstęp sąsiednich jasnych prążków dla dwóch szczelin (L ≫ d) to

    1. AL·d/λ
    2. Bλ·d/L
    3. Cλ/(L·d)
    4. Dλ·L/d
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: λ·L/d – Δy ≈ λL/d: prążki są dalej od siebie dla większych λ i L.

  6. λ = 600 nm, d = 0,3 mm, L = 2 m. Odstęp prążków wynosi

    1. A0,4 mm
    2. B40 mm
    3. C4 mm
    4. D4 µm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 4 mm – Δy = 6·10−⁠7 m · 2 m/(3·10−⁠4 m) = 4·10−⁠3 m = 4 mm.

  7. Co stanie się z odstępem prążków, jeśli zwiększymy odległość d między szczelinami?

    1. ANie zmieni się
    2. BWzrośnie
    3. CPrążki znikną
    4. DZmaleje
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Zmaleje – Δy ∼ 1/d, więc przy większym d prążki leżą bliżej siebie.

  8. Odstęp prążków wynosi 3 mm, d = 0,4 mm, L = 2 m. Długość fali to

    1. A6 µm
    2. B1,5 µm
    3. C600 nm
    4. D60 nm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 600 nm – λ = Δy·d/L = 3·10−⁠3 m · 4·10−⁠4 m/2 m = 6·10−⁠7 m.

Cały dział „Fale i optyka (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki