第17章回折と干渉Diffraction and Interference原書 p.541–566
Chapter Review章のまとめ
Concept Items概念の問題
17.1 Understanding Diffraction and Interference 1Which behavior of light is indicated by an interference pattern?
17.1 回折と干渉を理解する 1干渉の模様が示す光のふるまいはどれか。
a. ray behaviorb. particle behavior
a. 光線としてのふるまいb. 粒子としてのふるまい
c. corpuscular behaviord. wave behavior
c. 微粒子としてのふるまいd. 波としてのふるまい
2Which behavior of light is indicated by diffraction?
2回折が示す光のふるまいはどれか。
a. wave behaviorb. particle behavior
a. 波としてのふるまいb. 粒子としてのふるまい
c. ray behaviord. corpuscular behavior
c. 光線としてのふるまいd. 微粒子としてのふるまい
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 3There is a principle related to resolution that is expressed by this equation.
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 3この式で表される、分解能に関する原理がある。
What is that principle stated in full?
その原理を完全な形で述べるとどうなるか。
4A principle related to resolution states, “Two images are just resolved when the center of the
4分解能に関するある原理は「一方の回折の模様の中心が、
Critical Thinking Items批判的に考える問題
17.1 Understanding Diffraction and Interference 6Describe a situation in which bodies of water and a line of rocks could create a diffraction pattern similar to light passing through double slits. Include the arrangement of the rocks, the positions of the bodies of water, and the location of the diffraction pattern. Note the dimensions that are necessary for the production of the pattern.
17.1 回折と干渉を理解する 6水面と岩の列が、光が二重スリットを通り抜けるのと似た回折の模様を作りうる場面を述べよ。岩の並べ方、水面の位置、回折の模様ができる場所を含めること。模様ができるのに必要な寸法にも触れること。
a. When waves from a small body of water pass through two widely separated openings and enter a larger body of water, a diffraction pattern is produced that is similar tothe diffraction pattern formed by light passing through two slits. The width of each opening is larger than the size of the wavelength of the waves.b. When waves from a large body of water pass through two narrow openings and enter a smaller body of water, a diffraction pattern is produced that is similar to the
a. 小さな水面からの波が、大きく離れた二つの開口を通って大きな水面へ入ると、光が二つのすきまを通り抜けてできるのと似た回折の模様ができる。それぞれの開口の幅は波の波長より大きい。b. 大きな水面からの波が、二つの細い開口を通って小さな水面へ入ると、光が二つのすきまを通り抜けてできるのと
diffraction pattern of one is directly over the first minimum of the diffraction pattern of the other.” Write the equation that expresses that principle. a.
もう一方の回折の模様の最初の極小のちょうど真上に来るとき、二つの像はかろうじて分解できる」と述べる。その原理を表す式を書け。 a.
5Which statement completes this resolution? Two images are just resolved when —
5この記述を完成させるのはどれか。二つの像がかろうじて分解できるのは——
a. The center of the diffraction pattern of one image is directly over the central maximum of the diffraction pattern of the other.b. The center of the diffraction pattern of one image is directly over the central minimum of the diffraction pattern of the otherc. The center of the diffraction pattern of one image is directly over the first minimum of the diffraction pattern of the otherd. The center of the diffraction pattern of one is directly over the first maximum of the diffraction pattern of the other
a. 一方の像の回折の模様の中心が、もう一方の回折の模様の中央の極大のちょうど真上に来るとき。b. 一方の像の回折の模様の中心が、もう一方の回折の模様の中央の極小のちょうど真上に来るとき。c. 一方の像の回折の模様の中心が、もう一方の回折の模様の最初の極小のちょうど真上に来るとき。d. 一方の回折の模様の中心が、もう一方の回折の模様の最初の極大のちょうど真上に来るとき。
diffraction pattern formed by light passing through two slits. The widths and separation of the openings are similar to the size of the wavelength of the waves.c. When waves from a small body of water pass through two wide openings and enter a larger body of water, a diffraction pattern is produced that is similar tothe diffraction pattern formed by light passing through two slits. The separation between the openings is similar to the size of the wavelength of the waves.d. When waves from a large body of water pass through two wide openings and enter a smaller body of water, a diffraction pattern is produced that is similar to the diffraction pattern formed by light passing through two slits. The widths and separation of the openings are larger than the size of the wavelength of the waves.
似た回折の模様ができる。開口の幅と隔たりは波の波長と同じくらいである。c. 小さな水面からの波が、二つの広い開口を通って大きな水面へ入ると、光が二つのすきまを通り抜けてできるのと似た回折の模様ができる。開口どうしの隔たりは波の波長と同じくらいである。d. 大きな水面からの波が、二つの広い開口を通って小さな水面へ入ると、光が二つのすきまを通り抜けてできるのと似た回折の模様ができる。開口の幅と隔たりは波の波長より大きい。
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 7For what type of electromagnetic radiation would a grating with spacing greater than 800 nm be useful as a spectroscopic tool?
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 7間隔が800 nmより大きい格子は、どの型の電磁放射に対して分光の道具として役立つか。
a. It can be used to analyze spectra only in the infrared portion of the spectrum.b. It can be used to analyze spectra in the entire visible portion of the electromagnetic spectrum.c. It can only be used to analyze spectra in the short‐wavelength visible.
a. スペクトルの赤外の部分の分析にだけ使える。b. 電磁スペクトルの可視の部分全体の分析に使える。c. 波長の短い可視の部分の分析にだけ使える。
Problems問題
17.1 Understanding Diffraction and Interference 9What is the distance between two slits that produce a diffraction pattern with the first minimum at an angle of 45.0° when 410-nm violet light passes through the slits?
17.1 回折と干渉を理解する 9波長410 nmの紫の光が二つのすきまを通り抜けて、45.0°の角度に最初の極小を持つ回折の模様を作るとき、すきまどうしの距離はいくらか。
a. 2,030 nmb. 1,450 nmc. 410 nmd. 290 nm
a. 2,030 nmb. 1,450 nmc. 410 nmd. 290 nm
10A breakwater at the entrance to a harbor consists of a rock barrier with a 50.0 − m -wide opening. Ocean waves with a 20.0-m wavelength approach the opening straight on. At what angle to the incident direction are the boats inside the harbor most protected against wave action?
10港の入口の防波堤は、幅50.0 mの開口を持つ岩の障壁である。波長20.0 mの海の波がまっすぐ開口へ近づく。港の中の船が波の作用から最もよく守られるのは、入射の向きに対してどの角度か。
a. 11.5°b. 7.46°c. 5.74°d. 23.6°
a. 11.5°b. 7.46°c. 5.74°d. 23.6°
Performance Task実践課題
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 13In this performance task you will create one- and two-slit diffraction and observe the interference patterns that result.
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 13この実践課題では、単スリットと二重スリットの回折を作り、その結果できる干渉の模様を観察する。
• A utility knife (a knife with a razor blade-like cutting edge)• Aluminum foil• A straight edge• A strong, small light source or a laser pointer• A tape measure• A white wall
・カッターナイフ(かみそりのような刃を持つナイフ)・アルミ箔・直定規・強く小さな光源、またはレーザーポインター・巻き尺・白い壁
d. It can only be used to analyze spectra in the short‐wavelength visible and ultraviolet.
d. 波長の短い可視の部分と紫外の部分の分析にだけ使える。
8A beam of green light has a wavelength of in a vacuum and a wavelength of in Plexiglas. What is the refractive index of Plexiglas?
8ある緑の光の束は、真空中で波長、プレキシガラス中では別の波長である。プレキシガラスの屈折率はいくらか。
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 11A 500-nm beam of light passing through a diffraction grating creates its second band of constructive interference at an angle of 1.50°. How far apart are the slits in the grating?
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 11500 nmの光の束が回折格子を通り、1.50°の角度に2番目の強め合う干渉の帯を作る。この格子のすきまはどれだけ離れているか。
a. 38,200 nmb. 19,100 nmc. 667 nmd. 333 nm
a. 38,200 nmb. 19,100 nmc. 667 nmd. 333 nm
12The range of the visible-light spectrum is 380 nm to 780 nm. What is the maximum number of lines per centimeter a diffraction grating can have and produce a complete first-order spectrum for visible light?
12可視光のスペクトルの範囲は380 nmから780 nmである。可視光の完全な1次のスペクトルを作れる回折格子の、1センチメートルあたりの線の最大数はいくらか。
a. 26,300 lines/cmb. 13,200 lines/cmc. 6,410 lines/cmd. 12,820 lines/cm
a. 26,300本/cmb. 13,200本/cmc. 6,410本/cmd. 12,820本/cm
Procedure手順
1. Cut a piece of aluminum foil about 15 cm × 15 cm.2. Use the utility knife and the straight edge to cut a straight slit several cm long in the center of the foil square.3. With the room darkened, one partner shines the light through the slit and toward the wall. The other partner observes the pattern on the wall. The partner with the light changes the distance from the foil to the wall and the distance from the light to the foil.
1. アルミ箔をおよそ15 cm × 15 cmに切る。2. カッターナイフと直定規を使い、箔の正方形の中央に数cmの長さのまっすぐなすきまを切る。3. 部屋を暗くし、一人がすきまを通して壁へ光を当てる。もう一人が壁の模様を観察する。光を持つほうが、箔から壁までの距離と、光から箔までの距離を変える。
4. When the sharpest, brightest pattern possible is obtained, the partner who is not holding the foil and light makes measurements.5. Measure the perpendicular (shortest) distance from the slit to the wall, the distance from the center of the pattern to several of the dark bands, and the distance from the slit to the same dark bands.6. Carefully make a second slit parallel to the first slit and 1 mm or less away.7. Repeat steps 2 through 5, only this time measure the distances to bright bands. NOTE—In your calculations, use 580 nm for
4. 得られる最も鋭く明るい模様が得られたら、箔と光を持っていないほうが測定を行う。5. すきまから壁までの垂直な(最短の)距離、模様の中心からいくつかの暗い帯までの距離、そしてすきまから同じ暗い帯までの距離を測る。6. 一つ目のすきまに平行に、1 mm以下の間隔で、注意深く二つ目のすきまを作る。7. 手順2から5を繰り返すが、今度は明るい帯までの距離を測る。注——計算では、白い光を使った場合は580 nmを