تداخل الموجات وحيودها

الفيزياءالاهتزازات والموجات16–17 سنة

جارٍ التحميل…

استخدمها مع صفي ✨ خصّصها بالذكاء الاصطناعي الإبلاغ عن مشكلة

خمس شاشات: مصدر واحد تقيس فيه السعة والتردد والطول الموجي؛ ومصدران مترابطان يكوّنان نمط تداخل زائديًا، ولمس حقل الموجات يُظهر فرق المسير ورتبة الهدب؛ وشق يونغ المفرد والمزدوج مع منحنى للشدة على الحاجز؛ والحيود عبر شق ضيق أو فتحة دائرية. يُحسب النمط بتراكب موجات دائرية مترابطة وفق مبدأ هويغنز، لا برسم صورة جاهزة. وترسل شاشة «محزوز الحيود» ضوء الليزر أو ضوء مصباح الصوديوم أو الزئبق أو الهيدروجين أو الضوء الأبيض عبر محزوز حيود، فتُظهر قممًا حادة عند d sin θ = nλ وأعلى رتبة وتداخل الأطياف؛ وفي تجربة عملية افتراضية يقيس الطلاب زوايا الرتب بالمطياف أو مواضع البقع على حاجز، ويسجلونها في جدول نتائج، ويحددون الطول الموجي λ أو المسافة بين الشقوق d. مقتبسة من محاكاة "Wave Interference" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأعيدت كتابتها. مقتبسة من محاكاة "Waves Intro" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأعيدت كتابتها.

الدرس: تداخل الموجات؛ الحيود؛ وصف الموجات؛ محزوز الحيود

ماذا تعرض

الموجات المتساوية في التردد إذا تراكبت تجمعت وفق مبدأ التراكب: التقاء القمم بالقمم يعطي نهايات عظمى، والتقاء القمم بالقيعان يعطي نهايات صغرى. وهنا يُحسب المصدر الواحد والمصدران المترابطان وشقا يونغ والحيود عبر شق أو ثقب من مبدأ هويغنز. وتمد شاشة «محزوز الحيود» الفكرة إلى شقوق كثيرة متساوية التباعد: تصبح النهايات العظمى حادة جدًا وتخضع للعلاقة d sin θ = nλ، فيمكن للمحزوز قياس الأطوال الموجية. خطوط المصابيح قيم قياسية، أما سطوع الخطوط وخفوت الرتب مع الزاوية فتوضيحي، والحقل نموذج ثنائي الأبعاد لموجات حقيقية ثلاثية الأبعاد.

طريقة الاستخدام

اختر تبويب شاشة. في «المصدر» و«التداخل» و«شقا يونغ» و«الحيود» حرّك المنزلقات والمس حقل الموجات لقراءة فروق المسير والمسافات بين الأهداب. وفي «محزوز الحيود» اختر مصدرًا ضوئيًا، واضبط «عدد الخطوط لكل mm N» وطريقة القياس، ثم اسحب المقراب أو المؤشر، واستخدم ◀ ▶ لمحاذاة خط، واضغط «تسجيل القراءة» على الجانبين. حدّد «أخطاء القياس» أو «إخفاء الإجابة» لتجربة عملية.

المعاملات القابلة للتغيير

الشاشة المصدر, التداخل, شقا يونغ, الحيود, محزوز الحيود
الوسط (المصدر) الماء, الصوت, الضوء
التردد f (المصدر) 0.4–2 Hz
السعة A (المصدر) 0.3–1.5 cm
الطول الموجي λ (التداخل) 1–6 cm
المسافة بين المصدرين d (التداخل) 2–14 cm
عدد الشقوق (شقا يونغ) شق واحد, شقان
عرض الشق a 0.2–1 cm
المسافة بين الشقين d 2–8 cm
الطول الموجي λ (شقا يونغ) 0.3–1.2 cm
المسافة بين الشق والحاجز D 15–40 cm
الفتحة (الحيود) شق ضيق, ثقب دائري
عرض الشق b 1–4 cm
قطر الثقب 1–3 cm
الطول الموجي λ (الحيود) 0.3–0.8 cm
المسافة بين الفتحة والحاجز D 15–30 cm
إظهار منحنى المقطع (المصدر)
إظهار المساطر (المصدر)
إظهار المؤقت (المصدر)
المصدر الضوئي (المحزوز) ليزر, مصباح الصوديوم, مصباح الزئبق, أنبوب الهيدروجين, ضوء أبيض
الطول الموجي لليزر λ (المحزوز) 400–700 nm
عدد الخطوط لكل mm N (المحزوز) 50–1200 mm⁻¹
طريقة القياس (المحزوز) المطياف, حاجز ومسطرة مترية
المسافة بين المحزوز والحاجز D 0.5–2 m
الكمية المطلوبة (المحزوز) الطول الموجي λ (d معلومة), المسافة بين الشقوق d (λ معلوم)
إخفاء الإجابة (المحزوز)
أخطاء القياس (المحزوز)
الشقوق المضاءة في المنحنى (المحزوز) 2–40
المقارنة بشق مزدوج (المحزوز)

أسئلة للاستكشاف

لماذا تجعل زيادة عدد الشقوق النهايات العظمى أكثر حدة دون أن تغيّر مواضعها؟
كم رتبة يمكن أن يعطيها محزوز فيه 600 خط لكل mm لضوء أحمر طوله الموجي 650 nm؟
لماذا يزيل حساب متوسط القراءتين على جانبي النهاية العظمى المركزية خطأ الصفر؟

أفكار للتدريس

كل الأدلة