ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fale i optykaklasa 2 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/2/fizyka/dyfrakcja-superpozycja-i-interferencja/

Fizyka · Fale i optyka · kl. 2

Dyfrakcja, superpozycja i interferencja

Gdy dwie fale spotykają się w jednym miejscu, mogą się wzmocnić albo wygasić – tak powstają głośne i ciche miejsca przed dwoma głośnikami oraz pasy spokojnej wody między falami.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Dyfrakcja

  • Dyfrakcja (ugięcie) to rozchodzenie się fali za szczeliną lub za krawędzią przeszkody także w obszar „cienia geometrycznego”.
  • Jest tym wyraźniejsza, im mniejsza szerokość szczeliny w porównaniu z długością fali λ. Za szczeliną porównywalną z λ fala rozchodzi się prawie półkoliście, a szczelina dużo szersza od λ przepuszcza ją prawie bez zmian, ugiętą tylko na brzegach.
  • Dlatego słyszysz rozmowę zza rogu (dźwięk ma λ od centymetrów do metrów), ale nie widzisz rozmówców (światło ma λ poniżej 1 µm).
szeroka szczelina (a ≫ λ)wąska szczelina (a ≈ λ)
Fala płaska przechodzi przez szeroką szczelinę (prawie bez ugięcia) i przez wąską (fala rozchodzi się półkoliście)

2Superpozycja

  • Zasada superpozycji: gdy w jednym miejscu spotykają się fale, wychylenie wypadkowe jest sumą wychyleń poszczególnych fal. Po spotkaniu fale biegną dalej niezmienione.
dwie falefala wypadkowaw fazie: Δ = nλ=wzmocnieniew przeciwfazie: Δ = (n + ½)λ=wygaszenie
Dwie fale w fazie dają falę o podwójnej amplitudzie (wzmocnienie); w przeciwfazie – zerowe wychylenie (wygaszenie)
Uwaga na błąd

„interferencja to zderzenie fal, po którym zostają słabsze”

Fale się nie niszczą – w danym punkcie ich wychylenia się sumują, a dalej każda biegnie niezmieniona.

Sprawdź, czy rozumiesz

Kiedy dyfrakcja fali na szczelinie jest najwyraźniejsza?

3Interferencja fal z dwóch źródeł

  • Interferencja to trwały obraz wzmocnień i wygaszeń, powstający z nakładania się fal ze źródeł spójnych (o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz).
  • Oznaczenia: s1, s2 – odległości punktu od źródeł [m]; Δ = |s1 − s2| – różnica dróg [m]; λ – długość fali [m]; n – liczba całkowita 0, 1, 2, …
Zapamiętaj

Dla źródeł drgających zgodnie (w fazie): wzmocnienie, gdy Δ = n · λ; wygaszenie, gdy Δ = (n + ½) · λ.

  • Przestrzenny obraz interferencji: na wodzie od dwóch źródeł rozchodzą się na przemian linie wzmocnień (silne falowanie) i wygaszeń (prawie spokojna woda). Środkowa linia wzmocnień (Δ = 0) biegnie w równej odległości od obu źródeł.
Z1Z2Δ = 0Δ = λΔ = λzielone – wzmocnienia, przerywane – wygaszenia
Dwa spójne źródła fal: tam, gdzie spotykają się grzbiety, są linie wzmocnień, a między nimi linie wygaszeń
  • Przykład. Dane: λ = 2 cm; punkt leży s1 = 13 cm od jednego źródła i s2 = 7 cm od drugiego.
  • Wzór: Δ = |s1 − s2|, a potem porównanie z λ.
  • Obliczenia: Δ = 13 cm − 7 cm = 6 cm = 3 · 2 cm = 3λ.
  • Odpowiedź: Δ to całkowita wielokrotność λ, więc w tym punkcie jest wzmocnienie (dla Δ = 5 cm = 2,5λ byłoby wygaszenie).

✎Ściąga: Dyfrakcja, superpozycja i interferencja

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Dla źródeł drgających zgodnie (w fazie): wzmocnienie, gdy Δ = n · λ; wygaszenie, gdy Δ = (n + ½) · λ.
  • Dyfrakcja (ugięcie) to rozchodzenie się fali za szczeliną lub za krawędzią przeszkody także w obszar „cienia geometrycznego”.
  • Zasada superpozycji: gdy w jednym miejscu spotykają się fale, wychylenie wypadkowe jest sumą wychyleń poszczególnych fal. Po spotkaniu fale biegną dalej niezmienione.
  • Interferencja to trwały obraz wzmocnień i wygaszeń, powstający z nakładania się fal ze źródeł spójnych (o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz).
  • Oznaczenia: s1, s2 – odległości punktu od źródeł [m]; Δ = |s1 − s2| – różnica dróg [m]; λ – długość fali [m]; n – liczba całkowita 0, 1, 2, …
  • Przestrzenny obraz interferencji: na wodzie od dwóch źródeł rozchodzą się na przemian linie wzmocnień (silne falowanie) i wygaszeń (prawie spokojna woda). Środkowa linia wzmocnień (Δ = 0) biegnie w równej odległości od obu źródeł.
  • Przykład. Dane: λ = 2 cm; punkt leży s1 = 13 cm od jednego źródła i s2 = 7 cm od drugiego.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Kiedy dyfrakcja fali na szczelinie jest najwyraźniejsza?

    1. AGdy szerokość szczeliny jest mała w porównaniu z λ
    2. BGdy fala ma bardzo małą amplitudę
    3. CGdy szczelina jest dużo szersza od λ
    4. DGdy fala jest podłużna
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Gdy szerokość szczeliny jest mała w porównaniu z λ – Szczelina porównywalna z λ lub węższa silnie ugina falę, a szeroka prawie jej nie ugina.

  2. Zasada superpozycji mówi, że w miejscu spotkania fal

    1. Aich wychylenia się dodają
    2. Bfale zmieniają częstotliwość
    3. Cfale się zatrzymują
    4. Dfale znikają bezpowrotnie
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: ich wychylenia się dodają – Wypadkowe wychylenie jest sumą wychyleń, a po spotkaniu fale biegną dalej niezmienione.

  3. Dla dwóch źródeł drgających zgodnie wzmocnienie zachodzi, gdy różnica dróg Δ wynosi

    1. Azawsze tyle co amplituda
    2. B(n + ½)λ
    3. Cnλ
    4. Dλ/4
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: nλ – Gdy różnica dróg to całkowita wielokrotność λ, fale docierają w fazie (grzbiet na grzbiet).

  4. Dla dwóch źródeł drgających zgodnie wygaszenie zachodzi, gdy różnica dróg wynosi

    1. Anλ
    2. B2nλ
    3. C(n + ½)λ
    4. D0
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: (n + ½)λ – Przy połówkowej wielokrotności λ fale są w przeciwfazie (grzbiet na dolinę) i się znoszą.

  5. Fale na wodzie mają λ = 4 cm. Punkt leży 18 cm od jednego źródła i 10 cm od drugiego (źródła drgają zgodnie). Co tam obserwujemy?

    1. ABrak jakiejkolwiek fali od źródeł
    2. BWygaszenie
    3. CZmianę częstotliwości
    4. DWzmocnienie
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Wzmocnienie – Δ = 18 cm − 10 cm = 8 cm = 2λ, czyli całkowita wielokrotność λ – wzmocnienie.

  6. Dwa głośniki drgają zgodnie, λ = 1 m. Punkt jest 5,5 m od jednego i 3 m od drugiego. Co tam słychać?

    1. AWzmocnienie (głośny dźwięk)
    2. BDźwięk o podwójnej częstotliwości
    3. CWyższy dźwięk
    4. DWygaszenie (cichy dźwięk)
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Wygaszenie (cichy dźwięk) – Δ = 2,5 m = (2 + ½)λ, więc fale docierają w przeciwfazie i się wygaszają.

  7. Źródła spójne to źródła, które

    1. Amają tę samą amplitudę i różne częstotliwości
    2. Bmają tę samą częstotliwość i stałą różnicę faz
    3. Cleżą dokładnie w jednym punkcie
    4. Dświecą tak samo jasno
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: mają tę samą częstotliwość i stałą różnicę faz – Stała różnica faz i jednakowa częstotliwość są warunkiem trwałego obrazu interferencyjnego.

  8. Jak wygląda obraz interferencji fal na wodzie z dwóch spójnych źródeł drgających zgodnie?

    1. AWokół każdego źródła są tylko okręgi, bez miejsc spokojnej wody
    2. BDokładnie między źródłami biegnie linia wygaszenia
    3. CNa przemian linie wzmocnień i wygaszeń, a środkiem biegnie linia wzmocnień
    4. DWoda wszędzie faluje jednakowo
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Na przemian linie wzmocnień i wygaszeń, a środkiem biegnie linia wzmocnień – Tam, gdzie Δ = nλ, woda silnie faluje, a gdzie Δ = (n + ½)λ – prawie się nie rusza; na linii środkowej Δ = 0, więc jest wzmocnienie.

Cały dział „Fale i optyka”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytańFiszki · 9🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 2

Okres, częstotliwość i amplitudaSiła przywracająca i energia w drganiachWahadło i badanie okresuTłumienie, wymuszenie i rezonansFala i transport energiiDźwięk i efekt DoppleraOdbicie, załamanie i światłowódŚwiatło, widmo i polaryzacjaZjawiska optyczne w atmosferzeEnergia wewnętrzna, temperatura i rozszerzalnośćCiepło, praca i I zasada termodynamikiCiepło właściwe i kalorymetrPrzemiany fazoweSzczególne właściwości wodyOdległości w kosmosie: au, rok świetlny, GalaktykaWielki Wybuch i rozszerzanie WszechświataPomiar, wykres i niepewnośćModel fizyczny i uzasadnianie w zadaniachŚrodek masy i równowaga bryły sztywnejKinematyka ruchu obrotowego i analogie do ruchu postępowegoMoment bezwładności i II zasada dynamiki ruchu obrotowegoMoment pędu i jego zachowanieToczenie bez poślizguPrawo grawitacji i przyspieszenie na planecieEnergia potencjalna w polu grawitacyjnymOrbity i prędkości kosmiczneNieważkość i przeciążeniePrawa KepleraPrawo Hubble'a i Wielki Wybuch