Young syn dûbelspleeteksperimint - problemen en oplossingen
1. d is de ôfstân tusken 2 spleten, L is de ôfstân tusken de spleet en it skerm, P2 is de ôfstân tusken de twadde-oarder franje en it sintrum fan it skerm. Bepale de golflingte fan ljocht (1 Å = 10 -10 m).
Bekend:
Ofstân tusken twa spleten (d) = 1 mm = 1 x 10-3 m
Ofstân tusken spleet en it skerm (L) = 1 m
Ofstân tusken de twadde-oarder franje en de sintrale franje (P2 ) = 1 mm = 1 x 10-3 m
Oarder (n) = 2
Winske: de golflingte fan ljocht (λ)
Oplossing:
De fergeliking fan dûbelspleetynterferinsje ( konstruktive ynterferinsje ) :
d sin θ = n λ
sin θ ≈ tan θ = P 2 / L = (1 x 10 -3 ) / 1 = 1 x 10 -3 m
De golflingte fan ljocht:
λ = d sin θ / n
λ = (1 x 10⁻⁴ ) (1 x 10⁻⁴ ) / 3 = (1 x 10⁻⁴ ) / 2
λ = 0.5 x 10⁻⁶ m = 5 x 10⁻⁶ m
λ = 5000 x 10⁻⁻⁸ -10⁻⁸ m
λ = 5000 Å
2. De ûndersteande figuer lit it resultaat sjen fan in dûbele spleetynterferinsje. Bepale de golflingte fan ljocht (1 m = 10 10 Å)
Bekend:
Ofstân tusken twa spleten (d) = 0.8 mm = 8 x 10-4 m
Ofstân tusken spleet en it skerm (L) = 1 m
Ofstân tusken de fjirde-oarder franje en de sintrale franje (P) = 3 mm = 3 x 10-3 m
Oarder (n) = 4
Winske: De golflingte fan ljocht (λ)
Oplossing:
De fergeliking fan dûbelspleetynterferinsje ( konstruktive ynterferinsje ) :
d sin θ = n λ
sin θ ≈ tan θ = P / L = (3 x 10 -3 ) / 1 = 3 x 10 -3 me
De golflingte fan ljocht:
λ = d sin θ / n
λ = (8 x 10⁻⁴ ) (3 x 10⁻⁴ ) / 4 = (24 x 10⁻⁴ ) / 4
λ = 6 x 10⁻⁶⁶⁶ m = 6000 x 10⁻⁶⁶⁶⁶ m
λ = 6000 Å
3. Op basis fan de ûndersteande figuer binne punten A en B de earste twa ljochte ynterferinsjefranjes en de golflingte fan ljocht is 6000 Å (1 Å = 10 -10 m). Bepale de ôfstân tusken twa spleten.
Bekend:
Ofstân tusken spleet en it skerm (L) = 1 m
De golflingte fan ljocht (λ) = 6000 Å = 6000 x 10 -10 m = 6 x 10 -7 m
Ofstân tusken de earste-oarder franje en de sintrale franje (P) = 0.2 mm = 0.2 x 10-3 m = 2 x 10-4 m
Oarder (n) = 1
Winske: Ofstân tusken twa spleten (d)
Oplossing:
De fergeliking fan konstruktive ynterferinsje:
d = n λ / sin θ
sin θ ≈ tan θ = P / L = (2 x 10 -4 ) / 1 = 2 x 10 -4 m
Ofstân tusken twa spleten:
d = n λ / sin θ = (1)(6 x 10 -7 ) / (2 x 10 -4 )
d = (6 x 10-7 ) / (2 x 10-4 ) = (3 x 10-3 )
d = 0.003 m
d = 3 mm
10 problemen yn ferbân mei Young's dûbelspleeteksperimint tegearre mei har oplossingen:
1. Probleem: Yn in dûbelspleeteksperimint ferdwynt it ynterferinsjepatroan as ien fan 'e spleten bedekt is. Wêrom?
Oplossing: As ien spleet bedekt is, kin it ljocht allinich troch ien spleet gean, wat betsjut dat der gjin ynterferinsje is fan twa boarnen. Dêrom sjogge wy in diffraksjepatroan fan ien spleet ynstee fan it ynterferinsjepatroan fan in dûbele spleet.
2. Probleem: It ynterferinsjepatroan ferskowt as in glêzen plaat foar ien fan 'e spleten pleatst wurdt. Wêrom?
Oplossing: De glêzen plaat bringt in fazeferoaring yn 'e ljochtweach dy't der trochhinne giet. Dizze fazeferoaring feroarsaket in relatyf paadferskil tusken de ljochtweagen dy't út 'e twa spleten komme, wêrtroch it ynterferinsjepatroan ferskoot.
3. Probleem: De ôfstân tusken de ynterferinsjefranjes nimt ôf as de golflingte fan it brûkte ljocht tanimt. Ferklearje.
Oplossing: De franjeôfstân Δ� wurdt jûn troch Δ� = wêrby't de golflingte is, de ôfstân fan de spleten oant it skerm is, en de ôfstân tusken de spleten is. As tanimt, nimt Δ� ek ta.
4. Probleem: As monochromatysk read ljocht ferfongen wurdt troch monochromatysk blau ljocht, nimt de ôfstân tusken de rânen ôf. Wêrom?
Oplossing: Blau ljocht hat in koartere golflingte as read ljocht. Omdat de ôfstân tusken de franjes direkt evenredich mei (golflingte), sil in koartere resultearje yn in lytsere Δ�
5. Probleem: It ynterferinsjepatroan wurdt net waarnommen as de ôfstân tusken de twa spleten te grut is. Wêrom?
Oplossing: Foar waarnimbere ynterferinsjepatroanen moat it ferskil yn paad yn 'e oarder wêze fan 'e golflingte fan ljocht. As de spleten te fier útinoar binne, is de hoeke wêryn't konstruktive of destruktive ynterferinsje foarkomt te lyts om ûnderskied te meitsjen tusken franjes.
6. Probleem: It ynterferinsjepatroan ferdwynt as de ljochtboarne te breed of ynkoherint is. Wêrom?
Oplossing: Foar ynterferinsje moatte de ljochtweagen koherint wêze, wat betsjut dat se in konsekwinte fazerelaasje behâlde. Brede of ynkoherinte boarnen produsearje ljochtweagen mei willekeurige fazerelaasjes, wêrtroch it dúdlike ynterferinsjepatroan eliminearre wurdt.
7. Probleem: It ynterferinsjepatroan ferskowt as it apparaat yn wetter ûnderdompele wurdt. Ferklearje.
Oplossing: It ûnderdompeljen fan it apparaat yn wetter feroaret de ljochtsnelheid. De golflingte fan ljocht yn wetter wurdt fermindere yn ferliking mei wetter. Omdat de ôfstân tusken de franjes direkt is mei , ferskowt it ynterferinsjepatroan.
8. Probleem: In studint observearret in wazig ynterferinsjepatroan. Wat kin de reden wêze?
Oplossing: De wazigens kin ferskate redenen hawwe: de spleten binne miskien net echt parallel, it skerm stiet miskien net perfekt loodrecht op it ljochtpaad, of de ljochtboarne is miskien net perfekt monochromatysk of koherint.
9. Probleem: De franjes binne net evenredich útinoar ferspraat. Wêrom?
Oplossing: Dit kin wêze fanwegen net-uniformiteiten yn 'e spleetbreedtes of in net-lineaire ôfstân tusken de spleten. Unfolsleinheden yn 'e eksperimintele opset kinne liede ta ûngelikense franjes.
10. Probleem: It ynterferinsjepatroan wurdt hielendal net waarnommen as wyt ljocht brûkt wurdt, mar in sintrale heldere franje wurdt sjoen. Ferklearje.
Oplossing: Wyt ljocht is gearstald út meardere kleuren (golflingten) fan ljocht. Elke kleur sil op ferskillende posysjes ynterferearje fanwegen har ferskillende golflingten. Oerlaap fan dizze patroanen sil it ûnderskate ynterferinsjepatroan útwaskje, wêrtroch allinich in sintrale wite râne oerbliuwt dêr't alle kleuren konstruktyf ynterferearje.
Opmerking: De boppesteande problemen en oplossingen wurde op in ferienfâldige manier presintearre foar makliker begryp. Yn echte eksperiminten kinne ekstra faktoaren in rol spylje yn 'e waarnimmings.
