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兩波源的干涉
- 手作物理
- 撰文者:張宇靖
- 發文日期: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1(2) 圖1(2)](/upload/catalog_b/cee808cf1297b7542531789f9a0b31e4.jpg)
![圖1(2) 圖1(2)](/upload/catalog_b/cee808cf1297b7542531789f9a0b31e4.jpg)
(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2(3) 圖2(3)](/upload/catalog_b/6db63fc159f067d51eb0b5798437b655.jpg)
![圖3 圖3](/upload/catalog_b/c14cad7eae9fe2bc401d9faff5a227d4.jpg)
(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4(1) 圖4(1)](/upload/catalog_b/2549b56af5ec457eac8f5c07ebd36898.jpg)
(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5(2) 圖5(2)](/upload/catalog_b/1310f53cd61872466b1f2ca4f3d747aa.jpg)
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6(2) 圖6(2)](/upload/catalog_b/d53550bb1a020f8603e479ee1a9454bd.jpg)
![圖7 圖7](/upload/catalog_b/7dda952ea1375aeac6e9fa20a2b7a6e1.jpg)
(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8 圖8](/upload/catalog_b/86e7d84571213e4c152e2b004a0bb4f8.jpg)
(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9 圖9](/upload/catalog_b/aa85deb5c09464aed18a6d5e671d86e8.jpg)
![圖10 圖10](/upload/catalog_b/db88c9fc0417bdfe33e4ae91818afac1.jpg)
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。
![圖11(2) 圖11(2)](/upload/catalog_b/bdd9eae23741623100370154bea4aa04.jpg)
![圖12(1) 圖12(1)](/upload/catalog_b/0d1ac1310ca2ced9f485bc09321ec005.jpg)
![圖13(1) 圖13(1)](/upload/catalog_b/ac997ca300f41513f1d9418e9df91db0.jpg)
![圖14(1) 圖14(1)](/upload/catalog_b/dfcf31605bf5678055361822e929fc05.jpg)
![圖15(1) 圖15(1)](/upload/catalog_b/9c8d420f5a1a4453df6c2481d4b56394.jpg)
![圖16(1) 圖16(1)](/upload/catalog_b/460ac225a45e683b519fbf14681083ec.jpg)