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『實作』兩波源的干涉

  撰文者:張宇靖  2017-02-19
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高三課程講到波動時,有水波的兩個點波源發出的波的干涉,在黑板上要畫許多同心圓,再畫出節線、腹線,但沒有用波的形狀來講解。在此利用簡單的東西可以以波的形式解說,也可用在雙狹縫干涉的講解。


1.     所需器材:

軟質不鏽鋼絲(五金行的「白鐵線」),圓柱形強力磁鐵兩個。

註:不建議使用鐵絲(五金行的「鉛線」),硬度不夠容易變形。


2.     製作:

(1)  在木板上適當的距離釘入鐵釘,照片中的尺寸是兩行鐵釘間的距離為9cm,每兩個鐵釘間的距離為9cm,兩行鐵釘相對位置錯開4.5cm。在開頭處,兩行鐵釘間再釘入一個鐵釘,作為開始的懸掛處固定點。總長度如果可以的話,大約以黑板高度為準。如果手邊木板不夠長,短些無妨,重複使用即可。

 

圖一

(2)  將不鏽鋼絲大約整理成直線狀,開頭處先彎一圓孔,放在木板的開頭處鐵釘,然後先往上圖中上方處靠在鐵釘上彎折。彎折時可找一原子筆桿套在鐵釘上,不鏽鋼絲再靠在筆桿上彎折。因為要製作兩條,可以同時彎折兩條。

圖二

(3)  兩條彎折好的波狀不鏽鋼絲盡量調整成波長、振幅相同的波形。

圖三

(4)  因為要利用強力磁鐵懸掛在黑板上,但不鏽鋼絲無法被磁鐵吸住,在開頭處以鐵絲繞幾圈相同大小孔徑的線圈,再纏繞在不鏽鋼絲上。完成以上步驟就完成囉!

圖四


3. 演示:

(1)  在黑板上放置兩個強力磁鐵,以此作為點波源的位置,將不波狀的不鏽鋼絲掛在黑板上。

(2)  擺動至波鋒重疊或波鋒、波谷重疊位置,藉以講解波的完全相長、完全相消性干涉。

(3)  描繪出波程差相同的位置,並連成腹線或節線。

圖五波鋒重疊、或波鋒重疊位置

圖六波鋒、波谷重疊位置

 

(4)  若要用來講解雙狹縫干涉,則可在下方畫一橫線,大約可畫出雙狹縫的亮帶位置。雖然不是很準確的位置,但在高中用來講解雙狹縫干涉應是足夠的。

圖七

 

(5)  如果要講解相位相反(反相)兩點波源的干涉,只要將其中一條波狀不鏽鋼絲翻轉可。

圖八兩點波源同相  

 圖九兩點波源反相

如果手邊還有投影片,可利用繪圖軟體畫不同密度的同心圓(如下圖),用投影片及一般A4紙各印一張。演示時將相同密度的同心圓疊在一起(投影片放在A4紙上面),移動投影片即可看到類似水波干涉的圖形。



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