學測物理補充--IB、AP high level physics--resolution解析度

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【前言】

在高中108課綱選修物理3,學到了光的干涉與繞射,國際部IB high level physics 中,有一個有趣的應用--resolution(解析度),今天來分享一下。
為了理解台灣沒有的部分,查了幾本原文書和影片,發現其實不難又很有趣。有機會考成閱讀題組。

【基礎版】resolution解析度

要如何區分是兩個光源還是一個光源:

簡單來說,因為光的繞射關係,會使不同光源的亮紋重疊,當兩光源繞射的中央亮紋重疊超過一半時,眼睛便會認為是同一個光源。而中央亮紋重疊一半時的張角約為(1.22*波長/透光孔徑)rad,可稱為最小鑑別角。

張角θ:將兩光源與眼睛連線,此兩線所夾銳角即為張角,因為角度很小,所以可用(弧長/半徑)的想法計算,約為(兩光源間距離/光源到眼睛的距離)。
角分辨度(或角解析度)angular resolution:1.22*波長/透光孔徑,單位為rad,此角度為能夠分辨兩物體的最小夾角。
眼睛或光學儀器對兩光源的張角θ,至少要大於angular resolution,及能夠分辨兩物體。

如何滿足上述條件呢:可以使張角θ變大,或使angular resolution變小。
使張角變大的方法:
分子變大:兩個光源距離夠遠
分母變小:光源距離眼睛短

使angular resolution變小的方法:
分子變大:光源的波長大。
分母變小:透光孔徑(瞳孔)半徑(D)大。


【進階版】Diffraction Grating繞射光柵


兩個光源在經過光柵時,中央亮紋會重疊(m=0),無發區分。
如何使光源容易區分:
繞射階層(m)大。
兩光源波長差距小。
光柵數(N)多。
這部影片對光柵講得很清楚
Diffraction Grating (6 of 7) Resolving Power=? of Diffraction Grating:
https://www.youtube.com/watch?v=KNzEWUE-Ejc


單字】

Inteference干涉
Diffraction繞射
resolution解析度
Rayleigh criterion瑞立準則
Resolving Power鑑別率
angular resolution角分辨度(或角解析度)

應用】

顯微鏡、天文望遠鏡(區別兩顆星星)

參考資料

14 - Class 12 - Physics - Wave Optics - Resolution:https://www.youtube.com/watch?v=fycm9N-k310




科學online:https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=62633

Diffraction Grating (6 of 7) Resolving Power=? of Diffraction Grating: https://www.youtube.com/watch?v=KNzEWUE-Ejc

小編才疏學淺,若有物理達人發現錯誤,還請提出指教,非常感謝!


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2023/03/02
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