(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมฟิสิกส์3

ฟสิ ิกส์ เลม่ 3 บทท่ี 9 | คล่นื 85 9.3 หลกั การที่เกย่ี วกับคล่ืน จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. อธบิ ายการแผข่ องคลืน่ โดยใชห้ ลกั การของฮอยเกนส์ 2. อธบิ ายการรวมกันของคลื่นโดยอาศัยหลักการซอ้ นทับ แนวการจดั การเรียนรู้ ครนู �ำ เขา้ สหู่ วั ขอ้ 9.3 โดยตง้ั ค�ำ ถามวา่ คลน่ื มลี กั ษณะแตกตา่ งกนั ตามชนดิ ของคลนื่ และชนดิ ของตวั กลาง ทคี่ ลนื่ เดนิ ทางผา่ น เราจะสามารถอธบิ ายปรากฏการณต์ า่ ง ๆ ของคลน่ื แตล่ ะชนดิ และคลน่ื ในแตล่ ะตวั กลาง ไดด้ ว้ ยหลักการเดียวกันหรอื ไม่ ใหน้ ักเรยี นแสดงความคิดเห็นอยา่ งอสิ ระ โดยไมค่ าดหวังคำ�ตอบทถ่ี ูกตอ้ ง 9.3.1 หลกั การของฮอยเกนส์ ความเข้าใจคลาดเคลือ่ นท่ีอาจเกิดข้ึน ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื น แนวคดิ ท่ถี ูกตอ้ ง 1. หน้าคล่ืนท่ีแผ่ออกไปเป็นหน้าคล่ืนเดิมท่ี 1. หน้าคลื่นที่แผ่ออกไปเป็นหน้าคล่ืนใหม่ท่ีเกิด เคลอ่ื นทอ่ี อกไป จากแหลง่ ก�ำ เนดิ คลน่ื บนหนา้ คลนื่ เดมิ แผอ่ อก ไปเสรมิ กัน แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูแจง้ จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้ข้อท่ี 5 ของหวั ข้อ 9.3 ตามหนงั สือเรียน ครูนำ�เข้าสู่หัวข้อ 9.3.1 โดยยกสถานการณ์ท่ีขว้างก้อนหินลงน้ำ�แล้วต้ังคำ�ถามว่าเราจะอธิบาย การแผ่ออกไปของวงคลนื่ ในน้ำ�ไดอ้ ยา่ งไร ใหน้ ักเรยี นแสดงความคิดเหน็ อย่างอิสระ โดยไม่คาดหวงั คำ�ตอบ ท่ีถกู ต้อง จากนน้ั ให้นกั เรียนทำ�กจิ กรรม 9.1 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

86 บทท่ี 9 | คลน่ื ฟิสกิ ส์ เลม่ 3 กิจกรรม 9.1 คลื่นผวิ น�ำ้ จุดประสงค์ สังเกตและอธบิ ายหนา้ คล่นื และทศิ ทางของคลื่นผิวนำ�้ วสั ดแุ ละอุปกรณ์ 1 ชดุ 1. ชุดถาดคล่นื 1 ชุด 2. หม้อแปลงโวลต์ตำ่�พรอ้ มสายไฟ 1 แผ่น 3. กระดาษขาว ตวั อย่างผลการทำ�กจิ กรรม ก. คลืน่ ดลวงกลม ข. คล่นื ดลเสน้ ตรง รูป 9.1 คล่นื ดล ค. คลืน่ ต่อเน่อื งวงกลม ง. คลนื่ ตอ่ เน่อื งเส้นตรง รูป 9.2 คล่นื ต่อเนอ่ื ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เลม่ 3 บทท่ี 9 | คลนื่ 87 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามท้ายกจิ กรรม เมอ่ื ใชป้ ลายดนิ สอ และไมบ้ รรทดั จมุ่ ลงในน�ำ้ 1 ครง้ั ภาพทเ่ี กดิ ขน้ึ บนกระดาษขาวเปน็ อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เมอ่ื ใชป้ ลายดนิ สอจมุ่ ผวิ น�ำ้ 1 ครง้ั เกดิ ภาพแถบวงกลมสขี าวบนกระดาษขาวใต้ ถาดคล่นื แถบเดียวแผ่ออกจากภาพของตำ�แหน่งท่จี ่มุ ปลายดินสอ เสมือนกับตำ�แหน่งภาพท่จี ่มุ ปลายดนิ สอเปน็ ศนู ยก์ ลางของวงกลม เมอ่ื ใชไ้ มบ้ รรทดั จมุ่ ทผ่ี วิ น�ำ้ ภาพทเ่ี กดิ เปน็ แถบเสน้ ตรงสี ขาวเคลอ่ื นทอ่ี อกจากภาพของต�ำ แหนง่ ทจ่ี มุ่ ไมบ้ รรทดั ออกไปทง้ั สองดา้ น ดา้ นละแถบ แถบสีดำ�บนกระดาษขาวท่เี กิดขนึ้ จากการรบกวนผิวนำ้�อยา่ งต่อเนอ่ื ง เคลื่อนทีอ่ ย่างไร แนวค�ำ ตอบ เมอื่ ใชป้ มุ่ ก�ำ เนดิ คลน่ื สนั่ ทผ่ี วิ น�ำ้ อยา่ งตอ่ เนอื่ งจะเกดิ ภาพแถบวงกลมสดี �ำ สลบั แถบ วงกลมสีขาวแผ่ออกจากภาพปุ่มกำ�เนิดคลื่นอย่างต่อเน่ือง โดยระยะห่างระหว่างแถบจะพอ ๆ กนั เม่อื ใชค้ านกำ�เนดิ คลน่ื สั่นทีผ่ วิ นำ้�อยา่ งตอ่ เนอ่ื งจะเกดิ แถบตรงสดี �ำ สลบั แถบตรง สขี าวแผอ่ อกไปทง้ั สองดา้ นของคาน โดยมีระยะหา่ งระหว่างแถบพอ ๆ กัน อภิปรายหลังการทำ�กจิ กรรม ครนู �ำ อภปิ รายโดยใหน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม แลว้ อธบิ ายการสงั เกตคลน่ื วา่ ไมส่ ามารถ สังเกตคล่ืนผิวน้ำ� จากการกระเพื่อมข้ึนลงของผิวนำ้�ได้โดยตรง แต่จะดูจากภาพที่เป็นแถบสว่าง แถบมดื บนกระดาษขาวซง่ึ อยบู่ นพนื้ โตะ๊ ใตถ้ าดคลน่ื แถบสวา่ งแถบมดื เกดิ ไดด้ งั นี้ เมอื่ รบกวนผวิ น�้ำ น�ำ้ จะกระเพอื่ มโดยสว่ นทเี่ ปน็ สนั คลนื่ ผวิ น�้ำ นนู ขน้ึ ท�ำ หนา้ ทค่ี ลา้ ยเลนสน์ นู รวมแสงใหก้ ระทบกระดาษ ขาวด้านล่าง ทำ�ให้เกิดแถบสว่าง ส่วนที่เป็นท้องคลื่นผิวนำ้�เว้าลงทำ�หน้าท่ีคล้ายเลนส์เว้ากระจาย แสงให้กระทบกระดาษขาวด้านล่าง เกิดแถบมืด แถบเหล่าน้ีแทนหน้าคล่ืนจริง แถบสว่างแทนสัน คล่ืนแถบมืดแทนท้องคลื่น จากนั้นให้ความรู้เรื่องหน้าคลื่น ทิศทางของคลื่น หลักของฮอยเกนส์ ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน แล้วให้นักเรียนแบ่งกลุ่มสรุปสาระในหัวข้อ 9.3.1 แล้วนำ�เสนอ ในห้องเรยี นหรอื ส่งเป็นรายงาน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

88 บทท่ี 9 | คลนื่ ฟิสิกส์ เลม่ 3 9.3.2 หลกั การซอ้ นทับ ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขน้ึ ความเขา้ ใจคลาดเคลื่อน แนวคิดทถี่ ูกตอ้ ง 1. เม่อื คล่นื พบกัน หลังจากผ่านพ้นกันคล่นื จะ 1. เม่อื คลน่ื พบกัน หลงั ผ่านพน้ กนั แลว้ คลืน่ ยังคง เปลย่ี นแปลงไป เหมือนเดมิ ทกุ ประการ แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูแจ้งจดุ ประสงค์การเรียนรู้ข้อท่ี 6 ของหวั ข้อ 9.3 ตามหนังสือเรียน ครูนำ�เข้าสู่หัวข้อ 9.3.2 โดยยกสถานการณ์คล่ืนสองคล่ืนมาพบกัน ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า เมื่อส่วนของลูกคลื่นซ้อนทับกันจะเกิดผลอย่างไร และเมื่อเคล่ือนท่ีผ่านพ้นกันไปแล้ว คลื่นท้ังสอง เปล่ียนแปลงไปจากเดมิ หรือไม่ อยา่ งไร เปิดโอกาสใหน้ กั เรยี นแสดงความคิดเห็นไดอ้ ย่างอสิ ระโดยไมค่ าด หวงั ค�ำ ตอบทถ่ี กู ตอ้ ง จากนนั้ ใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ เมอื่ คลนื่ มาพบกนั จะรวมกนั ตามหลกั การซ้อนทับของคล่ืน หลังการซ้อนทับคลื่นท้ังสองยังคงสภาพเดิม ขณะที่ซ้อนทับกันมีการรวมแบบเสริม และแบบหกั ลา้ งโดยใชร้ ปู 9.13 ประกอบการอภปิ ราย ในกรณคี ลนื่ ทแ่ี อมพลจิ ดู เทา่ กนั รวมแบบหกั ลา้ งกนั จะมจี ดุ ทอ่ี นภุ าคของตวั กลางไมเ่ คลอ่ื นทโ่ี ดยใชร้ ปู 9.14 ประกอบการอภปิ ราย รายละเอยี ดตามหนงั สอื เรยี น จากนั้นให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 9.5 แล้วหาตัวแทนนักเรียนจากอาสาสมัครหรือจากการสุ่มเพื่อ อธบิ ายและแสดงวธิ ีคิดแก้ปญั หาตามตัวอย่าง โดยเปิดโอกาสให้นกั เรียนทกุ คนมสี ่วนรว่ มในกิจกรรม ท้งั น้ี ครูเป็นผู้ช่วยในการแก้ปัญหาตอบข้อสงสัยต่าง ๆ หรือบอกแนวคิดท่ีถูกต้องหากเกิดความเข้าใจที่ คลาดเคลื่อน ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปหัวข้อ 9.3 การแผ่ของคล่ืนโดยใช้หลักการของฮอยเกนส์ และ การรวมกนั ของคลน่ื โดยใชห้ ลกั การซอ้ นทบั เปดิ โอกาสใหน้ กั เรยี นซกั ถามขอ้ สงสยั และจดบนั ทกึ สาระส�ำ คญั ของหวั ขอ้ แลว้ ใหน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 9.3 อาจใหท้ �ำ เปน็ การบา้ นแลว้ น�ำ มาอภปิ ราย วธิ ีคดิ เพอื่ หาคำ�ตอบรว่ มกัน แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความร้เู ก่ียวกบั หลักการของคลืน่ จากคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 9.3 2. ทกั ษะการส่อื สารจากการอภปิ รายและการนำ�เสนอขอ้ สรุปหลักการของฮอยเกนส์ 3. จิตวิทยาศาสตร์ดา้ นความมเี หตุผล จากการอภิปรายร่วมกนั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 9 | คล่ืน 89 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 9.3 1. พิจารณาหน้าคล่ืนระนาบ ณ เวลาเริ่มต้น y t t = 0 วนิ าที ทก่ี �ำ ลงั เคลอ่ื นทด่ี ว้ ยอตั ราเรว็ x 10 เซนติเมตรต่อวินาที ดังแสดงในรูปด้าน ขวา ความยาวคลื่นของคลื่นนี้มีค่าเทา่ ใด แนวของสนั คลน่ื กบั แนวของทอ้ งคลน่ื อยู่ที่ ค่า y เท่าใดบา้ ง แนวคำ�ตอบ พิจารณาจากรูปแนวหน้าคลื่น อยทู่ ร่ี ะยะ y = -1 1 3 5 และ 7 เซนติเมตร ตามลำ�ดับถ้าหน้าคล่ืนเหล่าน้ีแทนสันคล่ืน ระยะหา่ งระหวา่ งสนั คลนื่ เทา่ กบั 2 เซนตเิ มตร ซี่งเท่ากับความยาวคล่ืน และแนวของท้อง คลน่ื อยู่ทร่ี ะยะ y = 0 2 4 และ 6 เซนตเิ มตร ตามล�ำ ดับ 2. พิจารณาคลื่นดล 2 คล่ืนท่ีเคลื่อนท่ีในทิศทางตรงกันข้าม โดยท้ังคู่มีอัตราเร็วเท่ากันเท่ากับ 1.0 เมตรต่อวินาที โดยมีการกระจัดของตัวกลางที่ตำ�แหน่งต่าง ๆ ที่เวลาเริ่มต้นเป็นดังรูป รูปใน ตัวเลอื กขอ้ ใดแสดงการกระจดั ของตวั กลางไดถ้ กู ตอ้ งหลังจากเวลาผ่านไปแล้ว 3.0 วินาที จากตอนเรมิ่ ตน้ 1 m/s 1 m/s x (m) 01 23 4 5 6 7 8 แสดงตำแหนง� ของคลนื่ ดล 2 คลนื่ ณ เวลา t = 0 s A. C. x (m) x (m) 01 23 4 5 6 7 8 01 23 4 5 6 7 8 B. D. x (m) x (m) 01 23 4 5 6 7 8 01 23 4 5 6 7 8 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

90 บทที่ 9 | คลื่น ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 แนวคำ�ตอบ จากรูปคลื่นดลทั้งสองอยู่ห่างกัน 6 เมตร มีอัตราเร็ว 1 เมตรต่อวินาที เมื่อเวลา ผ่านไป 3 วนิ าที ระยะทางท่คี ลืน่ เคลอื่ นทไี่ ด้คำ�นวณจาก s = v× t จะได้ s = 1× 3 = 3 เมตร จะพบว่าคล่ืนทั้งสองเคลื่อนท่ีมาซ้อนทับกันพอดี แอมพลิจูดของคล่ืนรวมจึงเป็นผลรวมของ แอมพลิจดู ของคล่ืนทัง้ สองซึ่งตรงกับรูปในตัวเลอื ก C 3. คล่ืนดล 2 คล่ืน มีรูปร่างต่างกัน เคล่ือนที่เข้าหากันด้วยอัตราเร็ว 10 เมตรต่อวินาที ดังรูป จงวาดรูปร่างคลนื่ รวมที่เวลาถดั มา ตามท่รี ะบุในรูป y (mm) 10 m/s t = 0.0 s 10 m/s 2 1 0 x (m) 0 5 10 15 20 2 t = 0.5 s 1 0 x (m) 0 5 10 15 20 2 t = 1.0 s 1 0 x (m) 0 5 10 15 20 2 t = 1.5 s 1 0 x (m) 0 5 10 15 20 แนวคำ�ตอบ จากรปู ทเ่ี วลา t = 0 คลน่ื ทง้ั สองอยหู่ า่ งกนั 20 เมตร สามารถค�ำ นวณหาระยะทาง ท่คี ลืน่ เคล่ือนท่ไี ด้จาก s = v× t จะไดว้ า่ ที่เวลา t = 0.5 t = 1.0 และ t = 1.5 วินาที คลืน่ แตล่ ะลกู เคลอ่ื นทไ่ี ดร้ ะยะทาง 5 10 และ 15 เมตรตามล�ำ ดบั ดงั นนั้ ทเ่ี วลา t = 0.5 วนิ าที คลนื่ ทั้งสองอยู่ห่างกัน 10 เมตร ที่เวลา t = 1.0 วินาที คลื่นทั้งสองซ้อนทับกันพอดีคลื่นรวมมี แอมพลจิ ดู เทา่ กบั ผลรวมของแอมพลจิ ดู ของคลน่ื ทง้ั สอง ทเ่ี วลา t = 1.5 วนิ าที คลน่ื ทง้ั สองผา่ นพน้ กนั และอยู่หา่ งกัน 10 เมตร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 9 | คลื่น 91 y (mm) 10 m/s t = 0.0 s 2 5 10 m/s 1 0 10 15 20 x (m) 0 t = 0.5 s 2 5 10 15 20 x (m) 1 0 t = 1.0 s 0 5 10 15 20 x (m) 2 t = 1.5 s 1 0 5 10 15 20 x (m) 0 2 1 0 0 9.4 พฤตกิ รรมของคลื่น จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ทดลอง สังเกต และอธิบายการสะท้อน การหักเห การเลี้ยวเบน การแทรกสอดของคลื่นผิวนำ้� รวมท้งั ค�ำ นวณปริมาณตา่ ง ๆ ทเี่ กยี่ วขอ้ ง 2. สงั เกตและอธิบายการเกิดคลืน่ น่ิง แนวการจดั การเรียนรู้ ครูนำ�เข้าสู่หัวข้อ 9.4 โดยอาจทำ�กิจกรรมต่อไปน้ี ทบทวนกิจกรรมคล่ืนผิวน้ำ�ในถาดคลื่นแล้วให้ นักเรียนอภิปรายประเด็นที่คลื่นแผ่ออกไปแล้ว หากไปกระทบกับวัตถุอ่ืน คลื่นจะเกิดการเปลี่ยนแปลง อย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระไม่คาดหวังคำ�ตอบท่ีถูกต้อง หรือ ให้ตัวแทน นักเรียนขว้างลูกบอลกระทบผนัง นักเรียนสังเกตแล้วอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นกับลูกบอล แล้วครูตั้งคำ�ถามว่า ถ้าเปลี่ยนจากลูกบอลเป็นคล่ืน ผลจะเป็นอย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระไม่ คาดหวังค�ำ ตอบทถี่ ูกต้อง จากนน้ั ใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ ในขณะทค่ี ลน่ื แผอ่ อกไปจากแหลง่ ก�ำ เนดิ อาจพบสง่ิ กดี ขวาง ท่ีคล่ืนผ่านไม่ได้ หรือผ่านได้บางส่วน หรือส่ิงกีดขวางมีช่องให้คล่ืนผ่าน คล่ืนจะแสดงพฤติกรรมออกมา ซ่งึ จะศึกษาไดจ้ ากหวั ขอ้ นี้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

92 บทที่ 9 | คล่นื ฟิสิกส์ เลม่ 3 ครอู าจใหน้ กั เรียนอภิปรายทบทวนการสะทอ้ นของอนภุ าคว่าเปน็ ไปตามกฎการสะทอ้ น แล้วตั้งค�ำ ถาม วา่ คลนื่ จะแสดงพฤตกิ รรมการสะทอ้ นเหมอื นอนภุ าคหรอื ไม่ เปดิ โอกาสใหน้ กั เรยี นแสดงความคดิ เหน็ อยา่ ง อสิ ระไม่คาดหวงั ค�ำ ตอบทีถ่ กู ตอ้ ง 9.4.1 การสะท้อนของคลื่น ความเขา้ ใจคลาดเคลอ่ื นทีอ่ าจเกดิ ขึ้น - แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 7 ในส่วนของการสะท้อนของคลื่นผิวน้ำ�ของหัวข้อ 9.4 ตาม หนังสือเรยี น จากนั้น ครูนำ�เขา้ สหู่ วั ข้อ 9.4.1 โดยใชก้ ิจกรรม 9.2 การสะท้อนของคลน่ื ผวิ นำ้� กจิ กรรม 9.2 การสะทอ้ นของคล่นื ผิวน�้ำ จดุ ประสงค์ สังเกตและอธิบายการสะทอ้ นของคลน่ื ผวิ น�้ำ วสั ดุและอุปกรณ์ 1 ชดุ 1. ชดุ ถาดคล่ืน 1 ชุด 2. หม้อแปลงโวลตต์ ำ่�พรอ้ มสายไฟ 1 แผน่ 3. กระดาษขาว ตัวอยา่ งผลการทำ�กจิ กรรม มมุ ระหวา่ งแผ่นกนั้ กบั แนวอา้ งองิ มุมระหวา่ งคล่นื สะทอ้ นกับแนวอา้ งองิ 30 29 45 45 60 61 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เล่ม 3 บทท่ี 9 | คล่นื 93 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามทา้ ยกิจกรรม ในแตล่ ะกรณี มมุ ทห่ี นา้ คลน่ื ตกกระทบกระท�ำ ตอ่ แผน่ กน้ั และมมุ ทห่ี นา้ คลน่ื สะทอ้ นท�ำ กบั แผน่ กน้ั มคี วามสมั พนั ธก์ นั หรอื ไม่ อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ มุมท่หี น้าคล่นื ตกกระทบกระทำ�ต่อแผ่นก้นั และมุมท่หี น้าคล่นื สะท้อนกระทำ�ต่อ แผน่ กน้ั มคี า่ เทา่ กนั ทกุ กรณี อภปิ รายหลังการทำ�กิจกรรม หลงั จากตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม ใหน้ กั เรยี นอภปิ รายรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ การสะทอ้ น ของคล่ืนเกิดข้ึนเมื่อคลื่นเคลื่อนท่ีไปกระทบขอบเขตของตัวกลาง ทำ�ให้คลื่นส่วนหน่ึงกลับมาใน ตัวกลางเดิมและอธิบายดว้ ยกฎการสะท้อน คอื เส้นรงั สตี กกระทบ รังสีสะทอ้ น รอยตอ่ ขอบเขตของ ตวั กลาง และเสน้ แนวฉากอยใู่ นระนาบเดยี วกนั และมมุ ตกกระทบเทา่ กบั มมุ สะทอ้ น ตามรายละเอยี ด ในหนังสอื เรยี น ให้นักเรยี นซกั ถามขอ้ สงสยั เกี่ยวกบั การสะทอ้ นของคล่นื และบนั ทกึ สาระส�ำ คญั 9.4.2 การหกั เหของคลื่น ความเข้าใจคลาดเคลอื่ นท่อี าจเกดิ ขนึ้ ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื น แนวคดิ ที่ถูกต้อง 1. เม่ือคล่ืนกระทบรอยต่อของตัวกลางจะเกิด 1. เม่ือคลื่นกระทบรอยต่อของตัวกลางคล่ืน คลน่ื สะทอ้ นหรอื คลน่ื หกั เหอยา่ งใดอยา่ งหนง่ึ ส่วนหนึ่งเกิดการสะท้อนและอีกส่วนหน่ึงเกิด เทา่ นน้ั การหกั เห 2. การหักเหของคล่ืนเป็นการเปลี่ยนทิศทาง 2. การหักเหของคล่ืนเป็นการเปลี่ยนอัตราเร็ว ของคลื่นเม่ือผ่านเข้าไปในตัวกลางอีก ของคลน่ื เมอ่ื ผา่ นเขา้ ไปในตวั กลางอกี ตวั กลางหนง่ึ ตวั กลางหนง่ึ อาจไม่เปล่ียนทศิ ทางก็ได้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

94 บทที่ 9 | คลน่ื ฟิสิกส์ เล่ม 3 แนวการจดั การเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 7 ในส่วนของการหักเหของคลื่นผิวน้ำ�ของหัวข้อ 9.4 ตาม หนงั สอื เรยี น จากนน้ั ครนู �ำ เขา้ สหู่ วั ขอ้ 9.4.2 โดยยกสถานการณค์ ลน่ื ผา่ นจากตวั กลางหนง่ึ เขา้ สอู่ กี ตวั กลางหนง่ึ เกดิ การสะทอ้ นหรอื ไม่ และคลน่ื ทผ่ี า่ นเขา้ สอู่ กี ตวั กลางหนง่ึ จะเกดิ การเปลยี่ นแปลงหรอื ไม่ อยา่ งไร โดยเปดิ โอกาสใหน้ ักเรียนนำ�เสนอความคดิ อย่างอสิ ระ โดยไมค่ าดหวงั คำ�ตอบทถ่ี ูกตอ้ ง จากนั้นใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ เมอ่ื คลน่ื กระทบรอยตอ่ ของตวั กลาง คลน่ื สว่ นหนง่ึ สะทอ้ นกลบั สตู่ วั กลางเดมิ อกี สว่ น หนง่ึ ผา่ นเขา้ ไปในอกี ตวั กลางหนงึ่ เรยี กวา่ คลน่ื หกั เห ครทู บทวนเรอ่ื งอตั ราเรว็ ของคลนื่ ในตวั กลางตา่ งกนั มี คา่ ตา่ งกนั เพอื่ ชใ้ี หเ้ หน็ วา่ คลนื่ หกั เหมอี ตั ราเรว็ เปลยี่ นไป แลว้ อภปิ รายตอ่ ไปวา่ นอกจากอตั ราเรว็ เปลยี่ นไป แลว้ จะเกิดการเปลยี่ นแปลงอยา่ งไรได้อีก จากนั้นยกสถานการณ์การสะท้อนและการหักเหของคล่ืนในเชือกสองเส้นที่มีค่าความหนาแน่นเชิง เสน้ ตา่ งกนั ตอ่ ตดิ กนั ดงั รปู 9.18 ใหน้ กั เรยี นพจิ ารณาแลว้ รว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ การสะทอ้ นและการหกั เห ของคลน่ื ในเชอื ก ตามรายละเอยี ดในหนงั สอื เรยี น ครอู าจถามค�ำ ถามชวนคดิ ในหนา้ 84 ใหน้ กั เรยี นอภปิ ราย รว่ มกันโดยเปดิ โอกาสให้นักเรยี นแสดงความเห็นอย่างอสิ ระ จากนน้ั ครใู ชป้ ระเด็นชวนคิดน�ำ เขา้ สู่กิจกรรม 9.3 การหักเหของคลื่นผวิ น้ำ� แนวคำ�ตอบชวนคดิ คล่ืนผิวน้ำ�ท่ีเคลื่อนที่ผ่านบริเวณน้ำ�ลึกไปยังน้ำ�ต้ืน จะเกิดการสะท้อนและการหักเหหรือไม่ เพราะ เหตใุ ด แนวคำ�ตอบ คลื่นผิวน้ำ�ท่ีเคล่ือนท่ีผ่านบริเวณน้ำ�ลึกไปยังน้ำ�ตื้น จะเกิดการสะท้อนและการหักเห เนื่องจากเม่ือคลื่นผ่านนำ้�ท่ีมีความลึกต่างกัน อัตราเร็วเปล่ียนไปทำ�ให้มีคลื่นส่วนหน่ึงสะท้อนกลับ ในนำ้�ลกึ และสว่ นหน่งึ หกั เหผ่านนำ้�ต้ืน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เลม่ 3 บทที่ 9 | คลืน่ 95 กจิ กรรม 9.3 การหกั เหของคลนื่ ผวิ น�้ำ จดุ ประสงค์ สงั เกตและอธิบายการหักเหของคลื่นนำ้� วัสดแุ ละอปุ กรณ์ 1 ชุด 1. ชดุ ถาดคลื่น 1 ชุด 2. หมอ้ แปลงโวลต์ตำ่�พรอ้ มสายไฟ 1 แผน่ 3. กระดาษขาว ตัวอยา่ งผลการท�ำ กิจกรรม ก. ทิศการเคลอ่ื นท่ีของคลืน่ ตัง้ ฉากกับรอยตอ่ ข. ทิศการเคลือ่ นท่ีของคลื่นไมต่ งั้ ฉากกบั รอยตอ่ รปู 9.3 การหกั เหของคลื่นผิวน�้ำ แนวคำ�ตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม เมอ่ื คลน่ื ผวิ น�ำ้ เคลอ่ื นทผ่ี า่ นบรเิ วณรอยตอ่ ระหวา่ งเขตน�ำ้ ลกึ และเขตน�ำ้ ตน้ื ถา้ หนา้ คลน่ื ตกกระทบ ขนานกบั รอยตอ่ ทศิ ทางการเคลอ่ื นทข่ี องคลน่ื และความยาวคลน่ื เปลย่ี นแปลงอยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เมอ่ื หนา้ คลน่ื ผา่ นบรเิ วณรอยตอ่ ระหวา่ งเขตน�ำ้ ลกึ เขา้ สนู่ �ำ้ ตน้ื ถา้ หนา้ คลน่ื ขนานกบั รอยตอ่ ทศิ ทางของคลน่ื ไมม่ กี ารเปลย่ี นแปลง แตค่ วามยาวคลน่ื เปลย่ี นแปลงไป โดยความยาวคลน่ื นอ้ ยลง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

96 บทท่ี 9 | คลน่ื ฟสิ ิกส์ เลม่ 3 เมอ่ื คลน่ื ผวิ น�ำ้ เคลอ่ื นทผ่ี า่ นบรเิ วณรอยตอ่ ระหวา่ งเขตน�ำ้ ลกึ และเขตน�ำ้ ตน้ื ถา้ หนา้ คลน่ื ตกกระทบ ท�ำ มมุ กบั รอยตอ่ ทศิ ทางการเคลอ่ื นทข่ี องคลน่ื และความยาวคลน่ื เปลย่ี นแปลงอยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เมอ่ื คลน่ื ผวิ น�ำ้ เคลอ่ื นทผ่ี า่ นบรเิ วณรอยตอ่ ระหวา่ งเขตน�ำ้ ลกึ และเขตน�ำ้ ตน้ื ถา้ หนา้ คลน่ื ตกกระทบท�ำ มมุ กบั รอยตอ่ ทศิ ทางการเคลอ่ื นทข่ี องคลน่ื เปลย่ี นไป โดยมมุ ระหวา่ งหนา้ คลน่ื หกั เหกบั รอยตอ่ มขี นาดเลก็ กวา่ มมุ ระหวา่ งหนา้ คลน่ื ตกกระทบรอยตอ่ จากการสงั เกตคลน่ื ผวิ น�ำ้ ในถาดคลน่ื เมอ่ื คลน่ื เคลอ่ื นทม่ี าถงึ รอยตอ่ ระหวา่ งเขตน�ำ้ ลกึ กบั เขตน�ำ้ ตน้ื คลน่ื มกี ารสะทอ้ นหรอื ไม่ อยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เม่ือคล่ืนผิวนำ้�เคล่ือนท่ีมาถึงรอยต่อระหว่างเขตนำ้�ลึกกับเขตนำ้�ต้ืน พบว่ามี การสะทอ้ นของคลน่ื ซง่ึ นอ้ ยกวา่ คลน่ื หกั เห อภปิ รายหลังการท�ำ กิจกรรม หลงั จากตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรมใหน้ กั เรยี นใชผ้ ลของการท�ำ กจิ กรรมมาอภปิ รายรว่ มกนั โดยใช้ หลักของฮอยเกนต์อธิบายการหักเหของคลื่นตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า คล่ืน หกั เหมคี วามเรว็ ตา่ งไปจากคลนื่ ตกกระทบ แตค่ วามถข่ี องคลน่ื ในตวั กลางทง้ั สองเทา่ กนั เนอื่ งจากมา จากแหล่งกำ�เนิดเดียวกัน ทำ�ให้ความยาวคลื่นตกกระทบกับความยาวคลื่นหักเหต่างกัน และใน ตัวกลางคู่เดิมค่ามุมตกกระทบและมุมหักเหของคล่ืนมีความสัมพันธ์กับอัตราเร็วในตัวกลางทั้งสอง ตามสมการ sin T1 v1 ซึ่งเป็นกฎการหกั เหของคลืน่ sin T2 v2 ในการสรปุ นน้ั ครคู วรเนน้ วา่ ในกรณที ค่ี ลน่ื จากตวั กลางหนง่ึ ผา่ นรอยตอ่ เขา้ ไปสอู่ กี ตวั กลางหนง่ึ จะเกดิ การสะทอ้ นและการหกั เหของคลน่ื พรอ้ มกนั เสมอ คลน่ื หกั เหไมจ่ �ำ เปน็ ตอ้ งเปลย่ี นทศิ เสมอไป กรณีที่หน้าคลืน่ ตกกระทบขนานผิวรอยต่อ คล่ืนหกั เหจะไม่เปลยี่ นทิศทางไปจากเดิม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เลม่ 3 บทท่ี 9 | คลนื่ 97 9.4.3 การแทรกสอดของคลื่น แนวคิดทีถ่ ูกตอ้ ง ความเข้าใจคลาดเคล่อื นท่อี าจเกิดขึน้ 1. คลน่ื นงิ่ เปน็ คลน่ื รวมของคลนื่ สองคลน่ื ทม่ี าจาก ความเขา้ ใจคลาดเคล่ือน แหลง่ ก�ำ เนดิ อาพนั ธจ์ ดุ ทเ่ี ปน็ ปฎบิ พั และบพั อยนู่ ง่ิ กับที่ ในขณะทค่ี ลนื่ ท่งั สองยังเคล่ือนที่ตามเดมิ 1. คลน่ื นง่ิ เปน็ คลน่ื ทไ่ี มม่ กี ารเคลอ่ื นท่ี แนวการจัดการเรียนรู้ ครูช้ีแจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อท่ี 7 ในส่วนของการแทรกสอดและข้อ 8 ของหัวข้อ 9.4 ตาม หนังสือเรยี น จากน้ัน ครูนำ�เข้าสหู่ วั ขอ้ 9.4.3 โดยยกสถานการณ์คล่นื สองคลน่ื เคลื่อนทีม่ าพบกัน ทบทวน ความรู้เดิมว่าคล่ืนท้ังสองรวมกันหาคล่ืนรวมได้จากหลักการซ้อนทับของคลื่น ให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย ประเด็นที่คล่ืนสองคลน่ื มคี วามถ่เี ท่ากนั ผา่ นตวั กลางเดยี วกนั มีแอมพลจิ ดู เท่ากัน และเฟสตรงกนั จนสรปุ ไดว้ า่ คลนื่ ดงั กลา่ วเปน็ คลน่ื อาพนั ธ์ แลว้ ยกสถานการณค์ ลน่ื ฮารม์ อนกิ ตอ่ เนอ่ื งในเชอื กเคลอ่ื นทม่ี าพบกนั เกดิ การรวมกนั ตามล�ำ ดบั ตามรปู 9.21 รว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ ต�ำ แหนง่ ทอ่ี นภุ าคตวั กลางในคลน่ื รวมมี แอมพลจิ ดู สงู สดุ เทา่ กบั 2 เทา่ ของแอมพลจิ ดู ของคล่ืนแตล่ ะขบวน เรียกจดุ นีว้ า่ จดุ ปฏิบัพ และต�ำ แหนง่ ท่ี อนุภาคตัวกลางในคล่ืนรวมอยู่น่ิง เรียกจุดนี้ว่า จุดบัพ การที่มีจุดบัพน้ีทำ�ให้ดูเหมือนว่าคล่ืนรวมไม่มี การเคลื่อนท่ีไปทางซา้ ยหรือทางขวาจึงเรียกคล่นื รวมนว้ี า่ คลน่ื นิ่ง ตามรายละเอยี ดในหนงั สือเรยี น จากน้ันครูทบทวนการสะท้อนของคลื่นในเชือกท่ีปลายตรึง ใช้คำ�ถามว่าคลื่นท่ีสะท้อนกลับเป็น อยา่ งไร ถา้ เป็นคล่นื ฮาร์มอนกิ ตอ่ เนอ่ื งคล่นื สะท้อนกลบั รวมกบั คล่ืนตกกระทบผลเปน็ อย่างไร ใหน้ ักเรยี น ศกึ ษาการรวมกนั ของคลนื่ ตกกระทบกบั คลนื่ สะทอ้ นในเชอื กตามรปู 9.22 โดยครคู อยใหค้ �ำ แนะน�ำ จากนน้ั ครอู าจถามค�ำ ถามชวนคดิ ในหนา้ 88 ใหน้ กั เรยี นอภปิ รายรว่ มกนั โดยเปดิ โอกาสใหน้ กั เรยี นแสดงความเหน็ อย่างอิสระ เพื่อให้เข้าใจมากขึน้ ครสู ามารถใช้กิจกรรมลองท�ำ ดู คลนื่ น่งิ ในเชอื ก แนวค�ำ ตอบชวนคดิ ในรปู 9.21 มตี ำ�แหน่งอ่ืนอกี หรอื ไมท่ เ่ี ปน็ จดุ บัพกบั จุดปฏบิ พั แนวคำ�ตอบ ตำ�แหนง่ อ่ืน ๆ เปน็ จุดบัพและปฎิบัพไดเ้ ช่นเดยี วกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

98 บทที่ 9 | คล่นื ฟิสิกส์ เล่ม 3 แนวค�ำ ตอบชวนคดิ ถา้ คลนื่ ฮารม์ อนกิ 2 ขบวนทเ่ี คลอ่ื นทสี่ วนทางกนั มาซอ้ นทบั กนั โดยทง้ั คมู่ คี วามถแี่ ละความยาวคลน่ื เท่ากนั แตแ่ อมพลิจูดไมเ่ ท่ากนั จะเกิดคล่นื น่งิ ได้หรอื ไม่ แนวคำ�ตอบ จะเกดิ คลน่ื นงิ่ ไมไ่ ดเ้ พราะต�ำ แหนง่ ทร่ี วมแบบเสรมิ และหกั ลา้ งจะอยนู่ ง่ิ แตก่ ารรวมแบบ หกั ลา้ งจะหกั ลา้ งกนั ไมห่ มด กจิ กรรมลองทำ�ดู คลน่ื นงิ่ ในเส้นเชอื ก 1 เครือ่ ง 1 เสน้ จดุ ประสงค์ 1 ชุด สงั เกตและอธบิ ายคลนื่ นิ่งในเสน้ เชือก 1 ชุด 6 ตวั วสั ดแุ ละอุปกรณ์ 1. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา 2. เชอื กสายปา่ นว่าวหรือดา้ ยเย็บผ้ายาวประมาณ 2 เมตร 3. หมอ้ แปลงไฟฟ้าโวลตต์ ำ่�พร้อมสายไฟ 4. รางไมพ้ ร้อมรอก 5. นอต ตวั อยา่ งผลการทำ�กิจกรรม รปู 9.4 คล่ืนนงิ่ ในเสน้ เชือก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 3 บทที่ 9 | คล่นื 99 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม ลกั ษณะของคลน่ื เมอ่ื เพม่ิ แรงดงึ เชอื กเปลย่ี นแปลงอยา่ งไร แนวคำ�ตอบ เมื่อเพ่มิ แรงดงึ เชอื ก ระยะหา่ งระหว่างบัพกับบัพทีอ่ ยู่ถัดกันมากกวา่ เดมิ อภิปรายหลังการทำ�กิจกรรม หลงั การตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม ใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ อตั ราเรว็ ของคลนื่ ใน เชือกข้ึนอยู่กับแรงดึงเชือกและค่าความหนาแน่นเชิงเส้น เมื่อเพิ่มแรงดึงในเชือกทำ�ให้อัตราเร็ว ในเชือกเพ่ิมขึ้นในขณะที่ความถ่ีคล่ืนเท่าเดิมจึงทำ�ให้ความยาวคลื่นลดลง ระยะห่างระหว่างบัพ สองบพั ทอ่ี ยถู่ ดั กนั เทา่ กบั ครง่ึ หนง่ึ ของความยาวคลน่ื จงึ นอ้ ยลง จากนน้ั ใหน้ กั เรยี นศกึ ษาตวั อยา่ ง 9.6 โดยครูคอยให้ค�ำ แนะนำ� ตั้งประเด็นว่าถ้าคลื่นทั้งสองเป็นคลื่นผิวน้ำ� ซึ่งการแผ่ของคลื่นเป็นวงกลมผลจะเป็นอย่างไร ใหน้ กั เรียนรว่ มกันอภปิ ราย เพือ่ นำ�เขา้ สู่กจิ กรรม 9.4 การแทรกสอดของคลื่นผิวนำ้� กจิ กรรม 9.4 การแทรกสอดของคลื่นผิวน้ำ� จุดประสงค์ สงั เกตและอธบิ ายการแทรกสอดของคลน่ื ผวิ น�้ำ วสั ดุและอปุ กรณ์ 1 ชดุ 1. ชุดถาดคล่นื 1 ชุด 2. หมอ้ แปลงโวลต์ต�ำ่ พร้อมสายไฟ 1 แผน่ 3. กระดาษขาว ตวั อย่างผลการทำ�กจิ กรรม ตัวอย่างผลการท�ำ กิจกรรมพจิ ารณาไดจ้ ากรูป 9.23 ในหนังสอื เรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

100 บทที่ 9 | คลื่น ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม จากภาพคล่ืนต่อเน่ืองวงกลมท่ีสร้างโดยปุ่มกำ�เนิดคล่ืนท้ังสองปรากฏเป็นแถบมืด แถบมืดน้ี เกดิ ขน้ึ ไดอ้ ยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ ต�ำ แหนง่ ทเ่ี ปน็ แถบมดื และแถบสวา่ ง คอื จดุ ทค่ี ลน่ื จากปมุ่ ก�ำ เนดิ คลน่ื ทง้ั สองไปรวม กนั แบบหกั ลา้ งและเสรมิ กนั ตามล�ำ ดบั อภิปรายหลงั การทำ�กิจกรรม หลงั ตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรมใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ การรวมกนั ของคลนื่ ทเี่ กดิ จากแหลง่ ก�ำ เนดิ อาพนั ธท์ ม่ี แี อมพลจิ ดู เทา่ กนั เมอ่ื รวมกนั จะเกดิ บพั และปฏบิ พั แลว้ จงึ เชอ่ื มโยงเขา้ กับผลการทำ�กิจกรรมโดยอภิปรายว่าปุ่มกำ�เนิดคลื่นสองปุ่มติดอยู่กับคานกำ�เนิดคลื่นเดียวกันจึง ท�ำ ให้เกิดคล่นื ผิวน�้ำ ด้วยความถ่ีเดียวกนั คลืน่ ผา่ นตวั กลางเดยี วกนั อตั ราเร็วเท่ากัน ความยาวคลืน่ เทา่ กนั สนั่ แรงเทา่ กนั แอมพลจิ ดู เทา่ กนั เปน็ แหลง่ ก�ำ เนดิ อาพนั ธ์ เมอื่ คลน่ื จากแหลง่ ก�ำ เนดิ ทง้ั สอง มาพบกนั จงึ เกดิ จดุ ทค่ี ลน่ื มารวมกนั แบบเสรมิ เปน็ จดุ ปฏบิ พั และจดุ ทค่ี ลนื่ รวมกนั แบบหกั ลา้ ง เปน็ จดุ บพั ซงึ่ ต�ำ แหนง่ ทเ่ี ปน็ บพั และปฏบิ พั เหลา่ นี้ ไมเ่ คลอ่ื นท่ี จงึ เปน็ คลนื่ นง่ิ ตามรปู 9.23 ตามหนงั สอื เรยี น หลงั จากนน้ั พจิ ารณาต�ำ แหนง่ ทเี่ ปน็ ปฎบิ พั และบพั แลว้ หาความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งผลตา่ งระยะ ทาง กับความยาวคลื่น โดยใช้รูป 9.24 และ 9.25 ประกอบการอภิปรายจนได้ความสัมพันธ์ § 1 ¸¹· O |S1P-S2P| = n λ เมอื่ n = 0, 1, 2, 3, ... เมอ่ื จุด P เป็นปฏิบัพ และ S1Q  S2Q ¨© n  2 เมื่อ n = 1, 2, 3, ... เม่อื Q เป็นบัพ ตามรายละเอียดในหนงั สือเรยี น จากนน้ั ใหน้ กั เรยี นตอบชวนคดิ ในหนา้ 94 โดยอาจรว่ มกนั อภปิ รายหาค�ำ ตอบโดยครเู ปน็ ผใู้ หค้ �ำ แนะนำ� แนวคำ�ตอบชวนคดิ การแทรกสอดกนั ของคลนื่ ทจี่ ดุ อน่ื ๆ ทไ่ี มใ่ ชจ่ ดุ ทสี่ นั คลน่ื (หรอื ทอ้ งคลนื่ ) ซอ้ นทบั กบั สนั คลนื่ (หรอื ทอ้ งคล่ืน) เป็นการแทรกสอดแบบใด แนวคำ�ตอบ เป็นการแทรกสอดแบบหักลา้ ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เล่ม 3 บทที่ 9 | คลืน่ 101 แนวค�ำ ตอบชวนคิด หากเฟสเรม่ิ ตน้ ของคลนื่ จากแหลง่ ก�ำ เนดิ ทง้ั สองมคี า่ ตา่ งกนั 180 องศา หรอื มเี ฟสตรงขา้ มกนั เงอื่ นไข ของการแทรกสอดแบบเสริมกับแบบหักล้างจะเปลย่ี นแปลงหรอื ไม่ อย่างไร เพราะเหตใุ ด แนวค�ำ ตอบ หากเฟสเร่มิ ต้นของคล่นื จากแหล่งกำ�เนิดท้งั สองมีค่าต่างกัน 180 องศา หรือมีเฟส ตรงขา้ ม เงอ่ื นไขของการแทรกสอดเปลย่ี นไป โดยทแ่ี นวกลางเปน็ การแทรกสอดแบบหกั ลา้ ง เนอ่ื งจาก หนา้ คลน่ื แรกทพ่ี บกนั แทรกสอดแบบหกั ลา้ งกนั แนวคำ�ตอบชวนคิด ในรูป 9.26 แสดงเสน้ แนวการแทรกสอดกัน แสดงคา่ ∆r สงู สุดเทา่ กบั 2 λ มีแนวการแทรกสอด ทีค่ า่ ∆r มากกวา่ 2 λ หรือไม่ เพราะเหตใุ ด แนวคำ�ตอบ ไม่มี เนื่องจากแหล่งกำ�เนิดคล่ืนท้ังสองเป็นแหล่งกำ�เนิดอาพันธ์และอยู่ห่างกัน 2 λ เทา่ นน้ั แนวคำ�ตอบชวนคดิ หากเฟสเร่ิมต้นของคลื่นจากแหล่งกำ�เนิดท้ังสองมีค่าต่างกัน 180 องศาหรือมีเฟสตรงข้ามกัน เส้นแนวการแทรกสอดกันของคลื่นที่จุดซึ่งมีระยะห่างจากแหล่งกำ�เนิดทั้งสองเท่ากัน จะเกิด การแทรกสอดแบบใด แนวคำ�ตอบ เกิดการแทรกสอดแบบหกั ล้าง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

102 บทท่ี 9 | คลนื่ ฟสิ ิกส์ เล่ม 3 9.4.4 การเลี้ยวเบนของคลน่ื ความเข้าใจคลาดเคลื่อนท่อี าจเกดิ ขนึ้ ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื น แนวคิดทถ่ี กู ตอ้ ง 1. การทค่ี ลน่ื ออ้ มไปทางดา้ นหลงั ของสง่ิ กดี ขวาง 1. การท่ีคลื่นอ้อมไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวาง เปน็ การหกั เหของคลน่ื เปน็ การเลีย้ วเบนของคลื่น 2. การเล้ียวเบนของคล่ืนเกิดขึ้นเม่ือคล่ืนผ่าน 2. การเลี้ยวเบนของคล่ืนเกิดขึ้นเม่ือคลื่นกระทบ ชอ่ งแคบทมี่ ขี นาดใกลเ้ คยี งกบั ความยาวคลนื่ ขอบของสงิ่ กดี ขวางและผา่ นชอ่ งแคบทกุ ขนาด เทา่ น้นั แนวการจัดการเรียนรู้ ครูช้แี จงจุดประสงคก์ ารเรียนรู้ขอ้ ท่ี 7 ในส่วนของการเลยี้ วเบนของคล่นื ผิวน้ำ�ของหัวข้อ 9.4 ตาม หนังสือเรียน จากนนั้ ครนู �ำ เข้าสหู่ ัวข้อ 9.4.4 โดยทบทวนพฤติกรรมของคลื่นเมอื่ ผา่ นรอยตอ่ ของตวั กลาง วา่ มคี ลนื่ สะทอ้ นและหกั เห จากนนั้ ยกสถานการณใ์ หน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายกรณที ค่ี ลนื่ กระทบสง่ิ กดี ขวาง ที่ขนาดเล็กกว่าความยาวของหน้าคลื่นทำ�ให้คลื่นส่วนหน่ึงผ่านขอบของส่ิงกีดขวางได้ หรือสิ่งกีดขวางมี ลักษณะเป็นช่องที่ให้คล่ืนผ่านได้ คล่ืนแสดงพฤติกรรมอย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็น อย่างอิสระโดยไม่คาดหวงั ค�ำ ตอบทถ่ี กู ตอ้ ง จากนัน้ นำ�เข้าสู่กิจกรรม 9.5 การเลยี้ วเบนของคล่ืน กิจกรรม 9.5 การเลย้ี วเบนของคลื่น จดุ ประสงค์ สังเกตและอธิบายการเล้ยี วเบนของคลื่น วัสดุและอปุ กรณ์ 1 ชดุ 1. ชุดถาดคล่ืน 1 ชุด 2. หมอ้ แปลงโวลตต์ �ำ่ พรอ้ มสายไฟ 1 แผน่ 3. กระดาษขาว สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เล่ม 3 บทท่ี 9 | คลน่ื 103 ตวั อยา่ งผลการทำ�กิจกรรม d λ d ≈λ d λ รูป 9.5 แสดงการเลย้ี วเบนทเ่ี กดิ ข้นึ เม่ือคลื่นเคล่ือนท่ีผ่านชอ่ งทีม่ ีขนาดตา่ งกัน แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามท้ายกิจกรรม เม่ือใช้แผ่นก้ันขวางการเคล่ือนท่ีของคล่ืนผิวนำ้�บางส่วน คล่ืนจะมีการเคล่ือนท่ีอย่างไรบริเวณ ดา้ นหลงั ของแผน่ กน้ั แนวค�ำ ตอบ เมอ่ื คลน่ื เคลอ่ื นทผ่ี า่ นขอบของแผน่ กน้ั พบวา่ มคี ลน่ื แผเ่ ปน็ แนวโคง้ ทางดา้ นหลงั ของ แผน่ กน้ั ตามรปู ในหนงั สอื เรยี น เมอ่ื ใชแ้ ผน่ กน้ั สองแผน่ ท�ำ ชอ่ งเปดิ ทม่ี คี วามกวา้ งมากกวา่ ใกลเ้ คยี งและนอ้ ยกวา่ ความยาวคลน่ื ของ คลน่ื ผวิ น�ำ้ ในแตล่ ะครง้ั คลน่ื ทเ่ี คลอ่ื นทผ่ี า่ นชอ่ งเปดิ มลี กั ษณะอยา่ งไร แนวค�ำ ตอบ เมื่อคลื่นผ่านช่องเปิดที่มีความกว้างมากกว่าความยาวคลื่นดังรูป 9.28 ใน หนงั สอื เรียน เมอ่ื คลน่ื ผา่ นชอ่ งเปดิ ทม่ี คี วามกวา้ งใกลเ้ คยี งกบั ความยาวคลน่ื มลี กั ษณะดงั รปู 9.28 ในหนงั สอื เรยี น เมอ่ื คลน่ื ผา่ นชอ่ งเปดิ ทม่ี คี วามกวา้ งนอ้ ยกวา่ ความยาวคลน่ื มลี กั ษณะดงั รปู 9.28 ในหนงั สอื เรยี น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

104 บทที่ 9 | คลนื่ ฟิสกิ ส์ เลม่ 3 อภปิ รายหลังการทำ�กิจกรรม หลงั จากตอบค�ำ ถามหลงั กจิ กรรมใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายจนไดข้ อ้ สรปุ วา่ ทกุ กรณที คี่ ลน่ื ผา่ น ขอบของสง่ิ กดี ขวาง หรอื ผา่ นชอ่ งแคบจะเกดิ คลนื่ แผอ่ อ้ มไปทางดา้ นหลงั ของสง่ิ กดี ขวางเสมอ เรยี ก พฤติกรรมของคล่ืนน้ีว่าการเล้ียวเบนของคลื่น แล้วตั้งคำ�ถามว่า คลื่นอ้อมเข้าไปด้านหลังของ สงิ่ กดี ขวางไดอ้ ยา่ งไร ใหน้ กั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายอยา่ งอสิ ระ ไมค่ าดหวงั ค�ำ ตอบทถี่ กู ตอ้ ง จากนน้ั ครู ทบทวนเรื่องการแผ่ของคล่ืนโดยใช้หลักของฮอยเกนส์ อธิบายเชื่อมโยงกับการเล้ียวเบนของคล่ืน จนสรปุ ลักษณะของคล่ืนทเ่ี ล้ยี วเบนในแตล่ ะกรณไี ด้ ให้นกั เรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ 9.4 แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู้การสะท้อน การหักเห การแทรกสอดและการเล้ียวเบนจากคำ�ถามตรวจสอบ ความเข้าใจ 9.4 2. ทักษะการสังเกต การทดลองจากการอภปิ รายร่วมกัน 3. จติ วทิ ยาศาสตรด์ ้านความมเี หตผุ ล จากการอภิปรายรว่ มกนั แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 9.4 1. พิจารณาคล่นื ดลในเสน้ เชอื กทต่ี อ่ กนั 2 เส้นในรปู 9.18 แล้วเปรียบเทียบอัตราเรว็ ของคลืน่ ตก กระทบ คล่ืนสะท้อน และคลื่นหักเหว่าเท่ากันหรือไม่ ถ้าไม่เท่ากัน ให้เรียงลำ�ดับอัตราเร็วของ คลื่น จากมากไปหาน้อย แนวคำ�ตอบ เชือกสองเส้นท่ตี ่อกันตามรปู 9.18 มีสองกรณีคอื คลน่ื ผา่ นเชอื กทม่ี คี วามหนาแนน่ เชงิ เสน้ มากเขา้ สเู่ ชอื กทมี่ คี วามหนาแนน่ เชงิ เสน้ นอ้ ย กรณนี คี้ ลนื่ ตกกระทบมอี ตั ราเรว็ เทา่ กบั คลนื่ สะทอ้ นและไมเ่ ทา่ กบั คลน่ื หกั เห โดยอตั ราเรว็ คล่ืนหักเหมากกว่าอัตราเรว็ คล่ืนตกกระทบและคล่ืนสะท้อน คลน่ื ผา่ นเชอื กทม่ี คี วามหนาแนน่ เชงิ เสน้ นอ้ ยเขา้ สเู่ ชอื กทม่ี คี วามหนาแนน่ เชงิ เสน้ มาก กรณีนีค้ ลื่นตกกระทบมอี ัตราเรว็ เท่ากับคล่นื สะทอ้ นและไม่เทา่ กบั คล่นื หักเห โดยอัตราเร็ว คลน่ื ตกกระทบเท่ากบั คลนื่ สะท้อนและมากกวา่ อตั ราเรว็ ของคล่ืนหกั เห สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 3 บทท่ี 9 | คล่นื 105 เฉลยแบบฝึกหัดทา้ ยบทท่ี 9 คำ�ถาม 1. ความเรว็ คลน่ื ในเสน้ เชอื กแตกตา่ งจากความเรว็ อนุภาคเลก็ ในเส้นเชือกอย่างไร แนวคำ�ตอบ เมอ่ื คลนื่ ผา่ นเสน้ เชอื ก คลน่ื เคลอื่ นทไ่ี ปตามเสน้ เชอื กดว้ ยอตั ราเรว็ ทข่ี นึ้ อยกู่ บั แรง ดึงเชือกและมวลตอ่ ความยาวเชือก สว่ นอนภุ าคเล็ก ๆ ในเส้นเชอื กเคล่อื นที่กลับไปกลับมาโดย ไมเ่ คลอ่ื นท่ีไปกับคลื่น 2. คลนื่ ผวิ น�้ำ ในน�้ำ ทมี่ คี วามลกึ คงตวั และนอ้ ยกวา่ ความยาวคลน่ื จะมคี วามยาวคลน่ื จะเปลย่ี นแปลง อยา่ งไร เมื่อความถข่ี องคลน่ื เปน็ สองเท่าของความถ่เี ดิม ความเรว็ ของคลื่นมีค่าคงตัว แนวคำ�ตอบ ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็ว ความถ่ีและความยาวคล่ืนเป็นไปตามสมการ v f O เม่ืออัตราเร็วคงตัว v f1O1 และ v f2O2 ดังนั้น f1O1 f2O2 จะได้ว่า f1 O2 เมื่อความถ่ีเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า จะทำ�ให้ O2 O1 หรือความยาวคล่ืนลดลงเหลือ f2 O1 2 ครง่ึ หนงึ่ ของความยาวคล่นื เดมิ 3. อัตราเร็วของคลื่นจะเปล่ียนแปลงไปหรือไม่ อย่างไร เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าและผ่าน ตัวกลางเดมิ แนวคำ�ตอบ อตั ราเรว็ ของคลนื่ ขน้ึ อยกู่ บั สมบตั ขิ องตวั กลาง เมอื่ คลน่ื เปลยี่ นแปลงความถแี่ ตย่ งั คงผ่านตัวกลางเดมิ อัตราเร็วคลืน่ ยงั คงตัวเท่าเดิม 4. เชือกเส้นใหญ่มีมวลต่อหนึ่งหน่วยความยาวมากกว่าเชือกเส้นเล็ก เมื่อนำ�มาต่อกันให้คลื่นผ่าน จากเชอื กเส้นใหญเ่ ขา้ สเู่ ชอื กเสน้ เล็ก อตั ราเรว็ ความถ่ี และความยาวคลืน่ เปลีย่ นแปลงหรือไม่ อยา่ งไร แนวคำ�ตอบ คลนื่ เคลอ่ื นทจ่ี ากเชอื กเสน้ ใหญเ่ ขา้ สเู่ ชอื กเสน้ เลก็ สง่ิ ทเี่ ปลยี่ นแปลงไปคอื อตั ราเรว็ และความยาวคลื่น โดยท่ีอตั ราเร็วเพ่มิ ขนึ้ ความถีค่ ล่ืนคงเดมิ ทำ�ให้ความยาวคลื่นเพ่มิ ขึ้น 5. คลน่ื ดลสองลกู เคลอ่ื นทใ่ี นเชอื กเขา้ หากนั เมอ่ื พบกนั จะเกดิ การสะทอ้ นจากคลน่ื อกี ลกู หนง่ึ หรอื ไม่ อธิบาย แนวค�ำ ตอบ คลน่ื ดลสองลกู เคลอ่ื นทเ่ี ขา้ หากนั เมอ่ื พบกนั จะเกดิ การซอ้ นทบั กนั และผา่ นพน้ กนั โดยไม่มกี ารสะทอ้ นจากคลืน่ อกี ลกู หน่ึง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

106 บทที่ 9 | คลนื่ ฟิสกิ ส์ เลม่ 3 6. เมอ่ื คล่นื มาซ้อนทับกัน เงอ่ื นไขต้องเป็นอยา่ งไรเมอ่ื ก. แอมพลจิ ดู ของคลน่ื รวมมีค่ามากกว่าคล่ืนทีม่ ารวมกัน ข. แอมพลจิ ูดของคลน่ื รวมมีคา่ นอ้ ยกว่าคล่ืนท่มี ารวมกนั ค. แอมพลจิ ูดของคลืน่ รวมมคี า่ เท่ากับศนู ย์ แนวคำ�ตอบ เมอ่ื คล่นื มาซ้อนทบั กัน เม่ือ ก. แอมพลิจูดของคลื่นรวมมีค่ามากกว่าคลื่นที่มารวมกัน คล่ืนที่มีซ้อนทับกันต้องมีเฟสตรงกัน เชน่ สันคลืน่ กับสันคล่นื หรอื ทอ้ งคลื่นกบั ท้องคลืน่ ข. แอมพลจิ ดู ของคลน่ื รวมมคี า่ นอ้ ยกวา่ คลน่ื ทม่ี ารวมกนั คลน่ื ทม่ี ซี อ้ นทบั กนั ตอ้ งมเี ฟสตรงขา้ มกนั คอื สนั คล่ืนกบั ท้องคล่นื ค. แอมพลิจูดของคลื่นรวมมีค่าเท่ากับศูนย์ คล่ืนที่มีซ้อนทับกันต้องมีเฟสตรงข้ามกัน และมี แอมพลจิ ดู เท่ากนั 7. ในการแทรกสอดของคล่ืนแบบเสริมและแบบหักล้าง พลังงานเพิ่มข้ึนหรือสูญหายไปหรือไม่ อธิบาย แนวคำ�ตอบ การซ้อนทับกันของคล่ืนท้ังสองแบบพลังงานไม่เพิ่มข้ึนหรือสูญหายไป สังเกตได้ จากเมื่อคล่นื ผ่านพน้ การซ้อนทบั กันแลว้ คล่ืนทัง้ สองมีแอมพลิจูดเทา่ เดมิ 8. คล่ืนสองคล่ืนความถี่เท่ากัน อยู่ในตัวกลางเดียวกัน แต่แอมพลิจูดต่างกัน เมื่อมาแทรกสอดกัน เฟสของคลน่ื ทงั้ สองตอ้ งตา่ งกนั เทา่ ไรจงึ จะท�ำ ใหแ้ อมพลจิ ดู ของคลนื่ รวมมคี า่ มากทส่ี ดุ และนอ้ ย ทีส่ ดุ ตามลำ�ดับและคา่ แอมพลิจดู รวมของคลน่ื ในแตล่ ะกรณีเป็นเทา่ ไร แนวคำ�ตอบ คลื่นในตัวกลางเดียวกัน ความถ่ีเท่ากัน ทำ�ให้มีความยาวคลื่นเท่ากัน เมื่อมา ซอ้ นทบั กนั และรวมแบบเสรมิ เฟสตอ้ งตรงกนั หรอื ตา่ งกนั ศนู ยอ์ งศาจะท�ำ ใหแ้ อมพลจิ ดู ของคลนื่ รวมมคี ่ามากทีส่ ดุ และเทา่ กับผลรวมของแอมพลจิ ดู ของคล่ืนทง้ั สอง เมื่อซ้อนทับกันและรวมแบบหักล้างคลื่นต้องมีเฟสต่างกัน 180 องศาทำ�ให้ แอมพลจิ ดู ของคลื่นรวมมีค่าน้อยที่สดุ และเทา่ กับผลต่างของแอมพลิจูดของคลน่ื ท้ังสอง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 9 | คล่นื 107 9. จากภาพแสดงคลื่นในเชือกกำ�ลังเคลื่อนไปทางซ้ายด้วยอัตราเร็ว 10 เมตรต่อวินาที A และ B เปน็ อนุภาคเล็กในเส้นเชือก รปู ประกอบคำ�ถามข้อ 9 จุด A และ B เคล่อื นทีอ่ ยา่ งไร และความเร็วของจดุ ทง้ั สองเปล่ียนแปลงอยา่ งไร แนวคำ�ตอบ จุด A กำ�ลงั เคล่อื นทข่ี น้ึ และมคี วามเร็วท่ลี ดลง และจะวกกลับ จดุ B ก�ำ ลงั เคลือ่ นท่ีลง และความเร็วลดลง หลังจากนนั้ จะอยู่น่ิง ปญั หา 1. ดึงสายยางท่อน้ำ�เส้นเล็กให้ตรง ดีดสายยางให้สั่น สังเกตลูกคลื่นท่ีเกิดขึ้นในสายยาง อัตราเร็ว ของลูกคลื่นในสายยางจะเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร เม่อื ก. ดงึ สายยางใหต้ งึ มากขึ้น ข. กรอกน�ำ้ ให้เตม็ สายยาง ตอบ อตั ราเรว็ คลน่ื ในเชอื กขน้ึ อยกู่ บั แรงดงึ ในเชอื กและมวลตอ่ หนง่ึ หนว่ ยความยาวเชอื กโดยท่ี อัตราเร็วคล่ืนมากถ้าแรงดึงในเชือกมากและอัตราเร็วคล่ืนน้อยถ้ามวลต่อหนึ่งหน่วยความยาว มาก ก. เปรยี บสายยางเป็นเชอื ก เม่ือดึงให้ตงึ มากขึน้ คลนื่ ผ่านสายยางดว้ ยอัตราเร็วมากขึ้น ข. เมอ่ื กรอกน�ำ้ ใหเ้ ตม็ สายยางท�ำ ใหม้ วลตอ่ หนง่ึ หนว่ ยความยาวมากขน้ึ ท�ำ ใหอ้ ตั ราเรว็ คลน่ื ในสายยางลดลง 2. ความยาวคลื่นในเส้นเชือกมีความสัมพันธ์กับส่ิงใดต่อไปนี้ ความยาวเชือก แรงดึงในเส้นเชือก มวลตอ่ หน่งึ หนว่ ยความยาวของเชอื ก จงอธิบายความสัมพนั ธน์ น้ั ตอบ ความยาวคลื่นในเชือกมีความสัมพันธ์กับอัตราเร็วและความถี่คลื่น ซึ่งส่ิงที่มีผลต่อ อัตราเร็วคล่ืนในเชือกคือแรงดึงในเชือก และมวลต่อหน่ึงหน่วยความยาวเชือก โดยท่ีอัตราเร็ว คลื่นแปรตามแรงดึงในเชือก และแปรผกผันกับมวลต่อหน่ึงหน่วยความยาวของเชือก ความยาวคล่ืนแปรตามอัตราเร็วคลื่น ดังน้ันจึงแปรตามแรงดึงเชือกและแปรผกผันกับมวลต่อ หนง่ึ หน่วยความยาวเชือกเชน่ กัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

108 บทที่ 9 | คล่ืน ฟิสิกส์ เล่ม 3 3. คล่ืนผิวนำ้�ผ่านเสาท่ีปักอยู่ในนำ้�ด้วยความเร็ว 2.8 เมตรต่อวินาที และมีสันคล่ืนอยู่ห่างกัน 5 เมตร ระดับนำ้�ทเี่ สาจะกระเพ่อื มขนึ้ ลงด้วยความถ่เี ท่าไร วิธีทำ� ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งอัตราเรว็ ความยาวคลน่ื และความถี่เปน็ ไปตามสมการ v f O โดยท ี่ v = 2.5 m/s, λ = 5 m f = 2.5 5 = 0.5 m/s ตอบ ระดับนำ้�ท่เี สาจะกระเพ่ือมข้นึ ลงด้วยความถี่ 0.5 เมตรตอ่ วินาที 4. ใบไมล้ อยในน�ำ้ เมอ่ื มคี ลนื่ ผา่ นจะกระเพอ่ื มขน้ึ ลง 15 รอบในเวลา 0.5 วนิ าทแี ละสนั คลน่ื หา่ งกนั 2 เมตร อัตราเร็วคล่ืนในน้ำ�ขณะน้ันเปน็ เทา่ ไร วิธที �ำ ความสัมพันธ์ระหวา่ งอตั ราเร็ว ความยาวคลืน่ และความถี่เปน็ ไปตามสมการ v f O f = 15 รอบ/วนิ าที, λ =2m 0.5 v 15u 2 0.5 60 m/s ตอบ อัตราเร็วคล่นื ในนำ้�ขณะนน้ั เปน็ 60 เมตรต่อวนิ าที ปัญหาทา้ ทาย 5. เชอื กเสน้ หนงึ่ ถกู สะบดั ปลายเชอื กอยา่ งสม�่ำ เสมอ 50 รอบในเวลา 20 วนิ าที และท�ำ ใหค้ ลน่ื ผา่ น เชอื กเป็นระยะทาง 10 เมตร ความยาวคล่ืนในเสน้ เชอื กนี้เป็นเทา่ ไร วธิ ีทำ� สะบัดเชอื ก 50 รอบแสดงวา่ เกิดคลื่นจ�ำ นวน 50 ลูก คลนื่ เคลื่อนทีไ่ ดร้ ะยะทาง 10 เมตร ดังนนั้ ความยาวคลนื่ เทา่ กบั 10 = 0.2 เมตร 50 หรือ อัตราเรว็ คลน่ื เทา่ กับ 10 m/s ความถค่ี ลนื่ เทา่ กบั 50 รอบ/วนิ าที 20 20 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 9 | คลื่น 109 จาก Ov f 0.5 2.5 0.2 m ตอบ ความยาวคลื่นในเส้นเชือกน้เี ป็น 0.2 เมตร 6. ภาพแสดงคล่ืนดลผ่านตวั กลางชนดิ หนง่ึ y t=0 t = 2.0 s x 1 23 4 รปู ประกอบปัญหาท้าทายข้อ 6 ก. คล่นื ดลนีม้ ีความเร็วเท่าไร ข. เม่อื เวลา t = 3 s คลนื่ ดลนจ้ี ะอยู่ทตี่ ำ�แหนง่ ใด ก. วิธที �ำ จากรูป คลืน่ เคลือ่ นทไ่ี ด้ระยะทาง 2 เซนติเมตร ใชเ้ วลา 2 วินาที v = 2 2 = 1 เซนตเิ มตร/วนิ าที ตอบ คล่ืนดลน้ีมีความเรว็ 1 เซนติเมตรต่อวนิ าที ข. วธิ ที �ำ ในวินาทีที่ 3 คลนื่ จะเคลื่อนทไ่ี ดร้ ะยะทาง 3 เซนตเิ มตรหา่ งจากจุดเรม่ิ ต้น จากรปู คลน่ื เริ่มต้นทรี่ ะยะ 0.5 เซนติเมตร ดังนัน้ วนิ าทีท่ี 3 คล่นื จะอยทู่ ่ี 3.5 เซนตเิ มตร ตอบ คลนื่ ดลน้จี ะอยู่ที่ตำ�แหนง่ 3.5 เซนตเิ มตร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

110 บทท่ี 9 | คล่นื ฟสิ กิ ส์ เลม่ 3 7. คลื่นกลผ่านตัวกลางแรกด้วยความเร็ว 4 เมตรต่อวินาที ตกกระทบรอยต่อของตัวกลางด้วย มมุ ตกกระทบขนาด 30 องศา และผา่ นเขา้ สตู่ วั กลางทสี่ องดว้ ยมมุ หกั เห 45 องศา ความเรว็ คลน่ื ในตัวกลางที่สองเป็นเทา่ ไร วิธีทำ� จากกฎการหกั เหของคลน่ื sin θ1 = v1 θθsi12n1θ=2 v2 sin v1 sin v2 4 v2 1 2 = 2 1 4 1 =2 v2 2 v 2 = 4 2 m/s ตอบ ความเร็วคล่นื ในตัวกลางที่สองvเ2ป=น็ 4 2 เมตรตอ่ วินาที 8. ท่ีเวลา t = 0 คล่ืนเคลอ่ื นทีเ่ ข้าหากนั ด้วยความเร็ว 1.0 เมตรต่อวินาที ดังรปู y v v x รปู ประกอบค�ำ ถามขอ้ 8 ก. อกี นานเทา่ ไรคลืน่ ทั้งสองจงึ จะซ้อนทบั กนั พอดี ข. จงวาดภาพการรวมกนั ของคล่ืนท้งั สองทเ่ี วลา t = 0.1 s และ t = 0.2 s ก. วิธีทำ� เร่มิ ต้น ณ เวลาท่ี t = 0 คล่นื ทง้ั สองอย่หู า่ งกนั 20 เซนติเมตร และเคลอ่ื นทเ่ี ข้าหากนั ด้วยอัตราเร็ว 1 เมตร หรือ 100 เซนติเมตร/วินาที ใหเ้ วลาผา่ นไป t วนิ าที คล่นื จึงซ้อนทับกนั และระยะทางทค่ี ล่ืนทงั้ สองเคล่ือนทีร่ วม กันได้ 20 เซนตเิ มตร ระยะทางทค่ี ลนื่ แต่ละลูกเคลอื่ นทไี่ ด้ เทา่ กับ 100 t 100t +100t = 20 t = 20 200 = 0.1 วนิ าที ตอบ เมื่อเวลาผา่ นไป 0.1 วินาที คลืน่ ท้ังสองจึงจะซอ้ นทบั กนั พอดี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ กิ ส์ เลม่ 3 บทท่ี 9 | คลืน่ 111 ข. ทเี่ วลา t = 0.1 วนิ าที คลน่ื ท้ังสองเคลอ่ื นทีไ่ ดร้ ะยะทาง เท่ากบั 100× 0.1 = 10 เซนตเิ มตร และซ้อนทับกันพอดีที่ตำ�แหน่ง 20 เซนติเมตร ดังน้ัน ภาพที่ได้เป็นลูกคล่ืนยอดคล่ืนอยู่ท่ี ต�ำ แหนง่ 20 เซนตเิ มตร และมคี วามสงู ของคลนื่ เทา่ กบั ผลรวมของแอมพลจิ ดู ของคลนื่ ทง้ั สอง ที่เวลา t = 0.2 วินาที คลน่ื ทัง้ สองเคลอ่ื นท่ีได้ระยะทาง เทา่ กับ 100× 0.2 = 20 เซนติเมตร ดังนัน้ ภาพท่ีไดจ้ ะเป็นลกู คล่ืนตำ�แหนง่ เดยี วกับตอนเริม่ ตน้ แตส่ ลับลกู คลื่นกัน y 20 ที่เวลา t = 0.1 s x y v v x ทเี่ วลา t = 0.2 s สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

112 บทท่ี 9 | คลื่น ฟิสิกส์ เลม่ 3 9. ทเ่ี วลา t = 0 คลืน่ ดลเคลอื่ นทเ่ี ขา้ หากนั ดังรปู y v x v รูป ประกอบปัญหาทา้ ทายขอ้ 9 ก. ทเ่ี วลา t = 1 s คลน่ื ทงั้ สองซอ้ นทับกนั ไดพ้ อดี ความเรว็ คลน่ื เป็นเทา่ ไร ข. จงวาดภาพการรวมกนั ของคลื่นทัง้ สองที่เวลา t = 1 s และ t = 2 s ก. วิธีทำ� ทเี่ วลา t = 0 คลน่ื ทัง้ สองอยู่หา่ งกนั 4 เซนตเิ มตร เวลาผา่ นไป 1 วนิ าที คล่นื ทง้ั สองเคลอ่ื นทไี่ ดร้ ะยะทาง v× 1 เซนติเมตร ดงั นน้ั v + v = 4 v = 2 cm/s ตอบ ความเรว็ คลืน่ เปน็ 2 เซนตเิ มตรต่อวนิ าที ข. ทเ่ี วลา t = 1 วนิ าที คลน่ื ทง้ั สองเคลอ่ื นทไ่ี ดร้ ะยะทาง เทา่ กบั 2× 1 = 2 เซนตเิ มตร และซอ้ นทบั กันพอดีที่ตำ�แหน่ง 4 เซนติเมตร ดังนั้นภาพที่ได้เป็นลูกคลื่นยอดคลื่นอยู่ที่ตำ�แหน่ง 4 เซนตเิ มตร และมคี วามสูงของคล่นื เทา่ กับผลต่างของแอมพลจิ ดู ของคลน่ื ท้งั สอง ท่เี วลา t = 2 วนิ าที คลื่นทัง้ สองเคลื่อนทไี่ ด้ระยะทาง เทา่ กบั 2× 2 = 4 เซนตเิ มตร ดงั นน้ั ภาพทีไ่ ดจ้ ะเปน็ ลกู คล่ืนตำ�แหนง่ เดยี วกับตอนเรม่ิ ตน้ แตส่ ลบั ลูกคลน่ื กนั y x ท่เี วลา t = 1 s สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 9 | คล่ืน 113 y v x v ท่เี วลา t = 2 s 10. คล่ืนผิวนำ้�ในถาดคลื่นเกิดจากแหล่งกำ�เนิดคลื่นส่ันด้วยความถี่ 50 รอบต่อวินาทีและคล่ืน แผอ่ อกไปด้วยความเร็ว 1.0 เมตรต่อวินาที ตำ�แหน่งของคลืน่ ผิวน�ำ้ ทม่ี ีเฟสตา่ งกัน 180 องศา อยหู่ า่ งกันเทา่ ไร วิธีทำ� จากความสมการ v f O แทนคา่ 1 = 50 λ λ = 0.02 เมตร ต�ำ แหนง่ บนผิวนำ�้ ทมี่ เี ฟสต่างกนั 360 องศา อยูห่ า่ งกนั 1 ความยาวคล่ืน = 0.02 เมตร ดงั นัน้ เฟสต่างกัน 180 องศา อยหู่ า่ งกนั 0.02 u180 0.01 เมตร 360 ตอบ อยูห่ ่างกัน 0.01 เมตร 11. เม่ือมองฉากรบั ภาพใตถ้ าดคลื่น เห็นภาพคลืน่ มีแถบสวา่ งหา่ งกัน 1.5 เซนตเิ มตร เม่ือคลืน่ ผ่าน นำ้�บริเวณทม่ี ีกระจกใสจมอยู่ มองเห็นแถบสวา่ งหา่ งกัน 1 เซนตเิ มตร อัตราส่วนความเรว็ ของ คล่ืนในถาดคลน่ื กับคล่ืนท่ีผ่านนำ้�ท่มี ีกระจกใสจมอยเู่ ป็นเทา่ ไร วิธที ำ� ระยะระหวา่ งแถบสว่างคือความยาวคล่นื จากกฎการหกั เหของคล่ืน v1 O1 v2 O2 แทนคา่ v1 1.5 v2 1 อตั ราส่วนของความเร็วเทา่ กบั 1.5 ตอบ อัตราสว่ นความเรว็ ของคลนื่ ในถาดคลื่นกบั คล่ืนที่ผา่ นนำ้�ทมี่ กี ระจกใสจมอย่เู ปน็ 1.5 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

114 บทที่ 9 | คลนื่ ฟสิ กิ ส์ เลม่ 3 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 3 บทท่ี 10 | แสงเชิงคลื่น 115 บทที่ 10แสงเชงิ คลน่ื ipst.me/8840 ผลการเรยี นรู้ 1. ทดลองและอธิบายการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่และเกรตติง การเลี้ยวเบนและ การแทรกสอดของแสงผา่ นสลติ เด่ียว รวมทง้ั ค�ำ นวณปริมาณตา่ ง ๆ ที่เก่ียวข้อง การวิเคราะห์ผลการเรยี นรู้ ผลการเรยี นรู้ 1. ทดลองและอธิบายการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่และเกรตติง การเล้ียวเบนและ การแทรกสอดของแสงผา่ นสลิตเด่ยี ว รวมทง้ั ค�ำ นวณปรมิ าณตา่ ง ๆ ที่เกยี่ วขอ้ ง จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. ระบุได้ว่าแสงเป็นคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ 2. อธบิ ายรูปแบบการแทรกสอดของแสงผ่านสลติ คู่ 3. คำ�นวณหาปรมิ าณตา่ ง ๆ ที่เกย่ี วขอ้ งกับการแทรกสอดของแสงผ่านสลติ คู่ 4. อธิบายรูปแบบการเลยี้ วเบนของแสงผา่ นสลิตเดี่ยวทีม่ คี วามกวา้ งขนาดตา่ ง ๆ 5. คำ�นวณหาปรมิ าณตา่ ง ๆ ท่เี กย่ี วข้องกับการเล้ียวเบนของแสงผา่ นสลติ เดย่ี ว 6. อธิบายรูปแบบการเลย้ี วเบนของแสงผา่ นเกรตติง 7. คำ�นวณหาความยาวคล่นื แสงและปริมาณต่าง ๆ ทีเ่ กี่ยวข้องโดยใช้เกรตติง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

116 บทท่ี 10 | แสงเชงิ คลน่ื ฟิสิกส์ เลม่ 3 ทกั ษะกระบวนการทาง ทกั ษะแห่งศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์ 1. การส่ือสารสารสนเทศ 1. ความซื่อสตั ย์ 1. การสงั เกต (แถบมดื และแถบ แ ล ะ ก า ร รู้ เ ท่ า ทั น สื่ อ 2. ความมุ่งม่ันอดทน สวา่ งจากสลติ คู่ เกรตตงิ และ (การอภปิ รายรว่ มกนั และ สลิตเดย่ี ว) การนำ�เสนอผล) 2. การวัด (ระยะห่างของแถบ 2. ความร่วมมือ การทำ�งาน มดื และแถบสวา่ ง) เป็นทมี และภาวะผู้นำ� 3. การทดลอง 4. การตีความหมายข้อมูลและ ลงข้อสรุป (การสรุปผลการ ทดลอง) 5. การใชจ้ �ำ นวน (ปรมิ าณตา่ ง ๆ ทเ่ี กยี่ วขอ้ งกบั การแทรกสอด แ ล ะ ก า ร เ ล้ี ย ว เ บ น ผ่ า น สลติ เดย่ี ว สลติ คแู่ ละเกรตตงิ ) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 3 บทที่ 10 | แสงเชงิ คลน่ื 117 ผงั มโนทัศน์ แสงเชงิ คลน่ื แสงเชิงคลน่ื เป็น คลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าในย่านทีต่ ามนษุ ยต์ อบสนองได้ หลกั การการซอ้ นทับ ความตา่ งระยะทาง และความตา่ งเฟส นำ�ไปอธบิ าย การเลย้ี วเบนและ แทรกสอดของแสงผา่ นสลิตเด่ียว การแทรกสอดผา่ นสลิตคู่ การเล้ยี วเบนและ การแทรกสอดของแสงผ่านเกรตติง หลกั การของฮอยเกนส์ นำ�ไปอธิบาย การเกดิ แถบมืดจากสลิตเดย่ี ว นำ�ไปสู่ นำ�ไปสู่ น�ำ ไปสู่ การค�ำ นวณหาความยาวคลืน่ แสงและปริมาณตา่ ง ๆ ทเี่ ก่ียวขอ้ ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

118 บทท่ี 10 | แสงเชงิ คล่ืน ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 สรปุ แนวความคดิ สำ�คัญ แสงท่ีตามองเห็นได้เป็นช่วงหนึ่งในสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีความยาวคล่ืนอยู่ในช่วง 400-700 นาโนเมตร มีอตั ราเรว็ เทา่ กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟา้ ทั่วไปคือ 3×108 เมตรตอ่ วินาท ี เดมิ เชือ่ กนั ว่า แสงเปน็ อนภุ าค จนกระทงั่ ธอมสั ยงั ไดท้ �ำ การทดลองใหเ้ หน็ วา่ แสงมกี ารแทรกสอดได้ จงึ ยอมรบั กนั วา่ แสง เป็นคล่นื การแทรกสอดของแสงศึกษาได้จากการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ ซง่ึ เป็นชอ่ งขนาดเล็กสองชอ่ งอยู่ หา่ งกันระยะหน่ึง เมอื่ ฉายแสงกระทบสลติ ค ู่ แต่ละชอ่ งท�ำ หน้าทเ่ี ปน็ แหล่งก�ำ เนิดคลน่ื แสง แผ่คลื่นออกไป กระทบฉาก บริเวณท่ีคล่นื แสงรวมกนั มีเฟสตรงกนั ซง่ึ เป็นบริเวณทมี่ คี วามต่างระยะทาง ∆r = nλ เมอ่ื n = 0, 1, 2, ... จะแทรกสอดแบบเสริม ท�ำ ให้บริเวณน้ันเปน็ แถบสวา่ ง และสามารถหาต�ำ แหนง่ ของแถบ สว่างได้จากความสัมพันธ์ d sinθ = nλ เมื่อ n = 0, 1, 2, ... ส่วนบริเวณที่คล่ืนแสงรวมกันมีเฟส 1 ตรงขา้ มกนั ซ่ึงเป็นบรเิ วณทม่ี ีความต่างระยะทาง ∆r =  n − 2  λ เมอื่ n = 1, 2, 3, ... จะแทรกสอด   แบบหักล้าง ทำ�ให้บริเวณน้ันเป็นแถบมืด และสามารถหาตำ�แหน่งของแถบมืดได้จากความสัมพันธ์ 1 d sin θ =  n − 2  λ เม่อื n = 1, 2, 3, ... ลักษณะของแถบสว่างแตล่ ะแถบมีความกว้างและความสว่าง   เท่า ๆ กัน ระยะห่างระหวา่ งแถบสว่างกบั แถบสว่างและแถบมืดกับแถบมดื เท่า ๆ กัน เมือ่ แสงผ่านสลติ เดีย่ ว จะเกดิ แถบสว่างแนวกลางกว้างและสว่างมากกว่าแถบสวา่ งด้านขา้ งท้งั สองขา้ ง และความสว่างของแถบสว่างถัดออกไปจะลดลง ซ่ึงสามารถใช้หลักการของฮอยเกนส์อธิบายการหาแถบ มืดทีเ่ กดิ ข้นึ ได้ความสัมพันธ์ a sinθ = nλ เมือ่ n = 1, 2, 3, ... ถ้าความกว้างของช่องสลติ เข้าใกล้ขนาด ของความยาวคลื่นแสง (a  λ ) ขนาดของความกว้างของแถบสว่างกลางจะเพ่ิมขึ้น จำ�นวนแถบมืดท้ัง สองด้านจะลดลง เมื่อความกว้างของช่องสลิตเท่ากับความยาวคล่ืนแสงจะไม่ปรากฏแถบมืด แต่ปรากฏ เฉพาะแถบสว่างกลางเพยี งแถบเดยี ว เกรตตงิ เปน็ อปุ กรณท์ างแสงทมี่ ชี อ่ งเลก็ ๆ จ�ำ นวนหลาย ๆ ชอ่ ง และระยะหา่ งแตล่ ะชอ่ งเทา่ กนั เมอ่ื แสง ผา่ นเกรตตงิ จะเกดิ การเลย้ี วเบนและแทรกสอด ท�ำ ใหเ้ กดิ แถบสวา่ งเบนไปจากแนวกลาง ซงึ่ หาไดจ้ ากความ สมั พนั ธ์ d sinθ = nλ เมอ่ื n = 0, 1, 2, 3, ... หากแสงขาวผ่านเกรตตงิ ต�ำ แหน่งแถบสว่างของแสงแต่ละ สี จะต่างกัน เนื่องจากความยาวคลน่ื ของแสงแต่ละสมี คี ่าต่างกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 10 | แสงเชิงคล่ืน 119 เวลาทใ่ี ช้ บทนค้ี วรใช้เวลาสอนประมาณ 12 ช่วั โมง 10.1 แนวคิดเกยี่ วกับแสงเชิงคล่นื 1 ชวั่ โมง 10.2 การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ 3 ช่ัวโมง 10.3 การเลีย้ วเบนของแสงผา่ นสลติ เดี่ยว 3 ชั่วโมง 10.4 การเลย้ี วเบนของแสงผ่านเกรตติง 5 ชว่ั โมง ความรกู้ ่อนเรยี น สเปกตรัมของแสง การรวมกันได้ของคลื่น การแทรกสอดของคลื่น การเลี้ยวเบนของคลื่น สิ่งท่ีครตู อ้ งเตรียมล่วงหน้า 1. นำ้�สบพู่ รอ้ มหลอดเปา่ 2. แผ่นบันทกึ ขอ้ มูล 3. เตรยี มฉากโดยเจาะพลาสตกิ ลกู ฟูกเป็นรูปสเ่ี หล่ยี ม (ขนาด 10× 20 เซนติเมตร) รปู พลาสตกิ ลูกฟกู ส�ำ หรับท�ำ ฉาก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

120 บทท่ี 10 | แสงเชงิ คลืน่ ฟสิ ิกส์ เล่ม 3 ครูนำ�เขา้ สู่บทที่ 10 โดยใหส้ งั เกตปรากฎการณ์ของแสงเชิงคล่นื เชน่ ใหน้ กั เรียนสงั เกตสีท่ปี รากฏบน ฟองสบู่ สังเกตสีจากแผ่นซีดีหรือแผ่นดีวีดี รวบรวมผลท่ีได้จากการสังเกต ครูตั้งคำ�ถามว่าพฤติกรรมใด ของแสงทำ�ให้เกดิ ปรากฎการณด์ งั กลา่ ว โดยให้นักเรียนร่วมกนั อภปิ รายผลการสงั เกต ไม่เน้นความถูกตอ้ ง ครูชแี้ จงค�ำ ถามส�ำ คัญทนี่ ักเรียนจะตอ้ งตอบไดห้ ลงั การเรยี นรู้บทท่ี 10 และหัวขอ้ ต่าง ๆ ท่จี ะได้เรยี นรู้ ในบทท่ี 10 10.1 แนวคดิ เกี่ยวกบั แสงเชิงคลน่ื จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. ระบุไดว้ า่ แสงเป็นคลืน่ แม่เหล็กไฟฟา้ ท่ตี ามองเห็นได้ ความเข้าใจคลาดเคลือ่ นทอี่ าจเกดิ ข้นึ ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื น แนวคดิ ทถ่ี ูกต้อง 1. แสงเปน็ คลื่นชนดิ เดยี วกันกับคลืน่ เสยี ง 1. แสงเป็นคลื่นต่างจากคล่ืนเสียง เพราะ ค ลื่ น เ สี ย ง เ ป็ น ค ล่ื น ก ล แ ต่ แ ส ง เ ป็ น คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความยาวคลื่น ในช่วงประมาณ 400-700 นาโนเมตร แนวการจัดการเรยี นรู้ ครูชแี้ จงจดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ขอ้ ที่ 1 หวั ข้อ 10.1 ตามหนงั สือเรียน ครนู �ำ เขา้ สหู่ วั ขอ้ ท่ี 10.1 โดยครนู �ำ อภปิ รายพฤตกิ รรมของคลน่ื วา่ มกี ารสะทอ้ น การหกั เห การแทรกสอด และการเล้ียวเบน จากน้ันครูให้นักเรียนศึกษาเกี่ยวกับแสงเป็นคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าตามรายละเอียดใน หนงั สอื เรยี น และอภปิ รายจนสรปุ ไดว้ า่ แสงเปน็ คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ทตี่ ามองเหน็ ได้ มคี วามยาวคลนื่ ประมาณ 400 -700 นาโนเมตร ครูต้ังคำ�ถามว่าในระยะแรกนักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าแสงเป็นคล่ืนหรืออนุภาค ครูนำ�นักเรียนอภิปราย จนได้ข้อสรุปตามรายละเอียดในหนังสือเรียนว่าแสงเป็นคล่ืน เน่ืองจากสามารถหาความยาวคลื่นของแสง ไดจ้ ากการทดลองของ ธอมสั ยงั แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู้ แนวคดิ เกี่ยวกับแสงเชงิ คลื่น จากคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ 10.1 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 3 บทท่ี 10 | แสงเชิงคลนื่ 121 แนวค�ำ ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 10.1 1. พฤติกรรมใดท่ีแสดงวา่ แสงเป็นคล่ืน แนวคำ�ตอบ พฤติกรรมการแทรกสอดและการเลย้ี วเบนของแสง แสดงใหเ้ หน็ ว่าแสงเปน็ คลนื่ 2. มนษุ ยส์ ามารถรบั ร้คู ลน่ื แสงไดอ้ ย่างไร แนวค�ำ ตอบ มนษุ ย์สามารถรบั รคู้ ล่ืนแสงไดจ้ ากการมองเห็น 10.2 การแทรกสอดของแสงผ่านสลติ คู่ จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธบิ ายรูปแบบการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ 2. คำ�นวณหาปรมิ าณต่าง ๆ ท่เี กย่ี วขอ้ งกับการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ ความเข้าใจคลาดเคล่อื นทีอ่ าจเกิดข้นึ ความเข้าใจคลาดเคลอื่ น แนวคดิ ทีถ่ กู ต้อง 1. เม่ือแสงผา่ นสลติ คู่ แสงจะผา่ นไปตรง ๆ และ 1. เม่ือแสงผ่านสลิตคู่ แสงจะเกิดการเลี้ยวเบน เกดิ ความสว่างตามขนาดของช่องสลิต อ้อมไปปรากฏดา้ นหลังของชอ่ งสลติ และเกดิ การแทรกสอดปรากฏเปน็ แถบมดื แถบสว่าง 2. ความกว้างของช่องสลิตคู่มีผลต่อจำ�นวนของ 2. จำ�นวนของแถบสว่างที่ปรากฏไม่ข้ึนอยู่กับ แถบสว่างทป่ี รากฏ ความกว้างของช่องสลิตคู่ แต่ขึ้นกับระยะห่าง ระหว่างชอ่ งของสลติ 3. การแทรกสอดของแสงขาวผ่านสลิตคู่ จะ 3. แถบสว่างจะเป็นสีขาวเฉพาะแถบสว่างกลาง ปรากฏแถบสวา่ งเปน็ สีขาวเทา่ นนั้ แถบสวา่ งถดั ไปอาจจะเรม่ิ แยกเปน็ สตี า่ ง ๆ ขนึ้ อยู่กับระยะห่างระหว่างช่องของสลิตคู่ และ ระยะห่างจากฉาก แนวการจดั การเรยี นรู้ ครชู ี้แจงจุดประสงคก์ ารเรียนรูข้ อ้ ที่ 2 และ 3 ของหวั ขอ้ 10.2 ตามหนงั สอื เรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

122 บทท่ี 10 | แสงเชิงคลื่น ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 ครูนำ�เข้าสู่หัวข้อที่ 10.2 โดยครูนำ�อภิปรายเร่ืองการแทรกสอดของคลื่นผิวนำ้�ที่ได้เรียนมาใน บทท่ี 9 จากน้ันครูอภิปรายต่อเกย่ี วกับสลติ จนสรปุ ไดว้ ่า เป็นอุปกรณ์ทางแสงมลี กั ษณะเป็นชอ่ งเปดิ ขนาด เล็กทมี่ ีความกวา้ งน้อยๆ ค่าหน่งึ หากมชี ่องเดย่ี วเรียกวา่ สลิตเด่ยี ว มสี องชอ่ งเรยี กสลติ คู่ ครตู ้งั ค�ำ ถามหาก แสงผ่านสลิตคู่ไปตกบนฉาก ภาพที่ปรากฎบนฉากจะมีลักษณะอย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดง ความคดิ เหน็ อยา่ งอสิ ระ ไมค่ าดหวงั ค�ำ ตอบทถี่ กู ตอ้ ง จากนนั้ ครใู หน้ กั เรยี นท�ำ กจิ กรรม 10.1 การแทรกสอด ของแสงผา่ นสลติ คู่ ในหนงั สือเรียน กิจกรรม 10.1 การแทรกสอดของแสงผา่ นสลิตคู่ จดุ ประสงค์ สงั เกตและอธบิ ายการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ เวลาท่ีใช้ 50 นาที วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1. เลเซอร์พอยเตอร์ชนิดสีแดง* 1 อนั 2. เลเซอรพ์ อยเตอร์ชนิดสีเขียว* 1 อนั 3. สลติ ค ู่ 1 แผน่ 4. ไม้เมตร 1 อนั 5. แทน่ ยึด 4 ชดุ 6. ฉาก 1 แผน่ 7. อุปกรณบ์ นั ทกึ ภาพ 1 เคร่อื ง *ควรมีกำ�ลงั ไม่เกนิ 2200 มลิ ลวิ ัตต์ และหลีกเลี่ยงการช้แี สงเลเซอร์ไปยงั นยั นต์ าของตนเอง หรือผู้อน่ื เพราะเป็นอันตรายตอ่ นัยน์ตา แนะนำ�ก่อนการท�ำ กจิ กรรม รูป แผน่ สลติ คู่ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เล่ม 3 บทที่ 10 | แสงเชงิ คลน่ื 123 1. ตรวจสอบสลิตค่ทู น่ี ำ�มาใช้ ควรมีระยะห่างระหวา่ งชอ่ งเป็น 50 100 และ 250 ไมโครเมตร 2. ตรวจสอบเลเซอรท์ ีน่ �ำ มาใชก้ ารทดลองหากมกี ำ�ลังเกิน 2200 มิลลิวัตต์ ให้ใช้แบตเตอร่ี เก่าที่ใช้งานมาแล้วเพื่อลดความเข้มของแสงเลเซอร์ หรือสวมแว่นตาป้องกันขณะทำ�การ ทดลอง 3. ควรให้นักเรียนทุกกลุ่มติดตั้งอุปกรณ์ตามหนังสือเรียนให้พร้อมทำ�การทดลอง จากนั้นปิด ไฟในห้องทดลองเพื่อเริ่มทำ�กิจกรรมพร้อมกัน 4. เพือ่ ใหง้ า่ ยตอ่ การเปรียบเทยี บระยะต่าง ๆ บนฉาก กึง่ กลางของแถบสวา่ งกลางของลวดลาย การแทรกสอดควรอยูท่ ี่ต�ำ แหน่งเดยี วกันทุกคร้ัง โดยกอ่ นเร่มิ ทำ�กิจกรรม ให้นักเรยี นเปิด เลเซอร์โดยไม่ต้องผ่านแผ่นสลิตคู่ จากนั้นทำ�เครื่องหมายที่ฉากตรงตำ�แหน่งที่แสงเลเซอร์ ตกกระทบ เพือ่ เป็นการกำ�หนดต�ำ แหนง่ ของกึ่งกลางของแถบสวา่ งกลาง 5. การบันทึกภาพให้บันทึกจากด้านหลังฉาก เพื่อให้ได้ภาพมุมมองในแนวตรง และลดการ สะท้อนของแสงเลเซอร์ 6. ย�ำ้ กบั นกั เรยี นถึงอันตรายของแสงเลเซอร์วา่ เป็นแสงทม่ี คี วามเขม้ สูง หา้ มนำ�เลเซอรม์ าส่อง เขา้ ตาของตวั เองและผอู้ ื่น และในการสังเกตหา้ มสงั เกตแสงเลเซอร์ในแนวรบั ล�ำ แสงเลเซอร์ โดยตรง ตัวอย่างผลการทำ�กจิ กรรม สลิตคู่ 50 ไมโครเมตร สลิตคู่ 100 ไมโครเมตร สลิตคู่ 250 ไมโครเมตร รปู การแทรกสอดของแสงผ่านสลติ คู่ของแสงสีเดียว สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

124 บทที่ 10 | แสงเชงิ คลน่ื ฟสิ ิกส์ เลม่ 3 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม □ ในกรณีท่ีใช้แสงเลเซอร์สีแดงผ่านสลิตคู่ที่มีระยะห่างระหว่างช่องต่างกัน ภาพที่ปรากฏ บนฉากมีลกั ษณะอยา่ งไร มคี วามแตกต่างกันหรอื ไม่ อย่างไร แนวคำ�ตอบ เมื่อแสงเลเซอร์สีแดงผ่านสลิตคู่ลักษณะภาพบนฉากประกอบด้วยแถบสว่าง และแถบมืดสลับกัน โดยมีแถบสว่างตรงกลางสว่างกว่าแถบสว่างด้านข้าง เม่ือระยะห่าง ระหว่างช่องสลิตคมู่ ีคา่ มากขึน้ ความกวา้ งของแถบสวา่ งและแถบมดื มคี ่านอ้ ยลง □ ภาพการแทรกสอดของแสงที่ได้จากกรณีท่ีใช้แสงเลเซอร์สีเขียวแตกต่างจากกรณีท่ีใช้ แสงเลเซอร์สีแดงหรือไม่ อย่างไร แนวคำ�ตอบ เม่ือแสงเลเซอร์สีเขียวผ่านสลิตคู่ จะปรากฎแถบมืดแถบสว่างเช่นเดียวกับ แสงเลเซอร์สีแดง แต่แตกต่างกันคือ เม่ือใช้สลิตคู่ท่ีมีระยะห่างระหว่างช่องเท่ากัน แถบสว่าง แ ล ะ แ ถ บ มื ด ท่ี เ กิ ด จ า ก แ ส ง เ ล เ ซ อ ร์ สี เ ขี ย ว จ ะ มี ค ว า ม ก ว้ า ง ข อ ง แ ถ บ น้ อ ย ก ว่ า ที่ เ กิ ด จ า ก แสงเลเซอร์สีแดง ขอ้ แนะนำ�เพ่ิมเติมสำ�หรบั ครู 1. หากภาพการแทรกสอดที่ปรากฎไม่ชัดเจน อาจปฏบิ ตั ดิ ังน้ี - ถ้าเลเซอร์ทใี่ ชม้ ีกำ�ลงั นอ้ ย ให้ใชเ้ ลเซอรท์ ่มี กี ำ�ลังมากขน้ึ - ลดแสงสวา่ งภายในห้องท�ำ กิจกรรม - ลดระยะหา่ งระหว่างสลติ กบั ฉาก - กรณีสังเกตภาพด้านหลังฉากได้ไม่ชัดเจน อาจเปลี่ยนมาถ่ายภาพด้านที่แสงเลเซอร์ ตกกระทบฉาก 2. การเตรียมฉากรับภาพจากพลาสติกลูกฟูก การสังเกตภาพท่ีเกิดจากการเล้ียวเบน และ การแทรกสอดน้ัน จะให้ภาพเกิดบนกระดาษกราฟ เพ่ือสะดวกในการเปรียบเทียบขนาดของ แถบสว่าง ถ้าใช้กระดาษกราฟติดผนังหรือวัสดุทึบแสงอื่นๆ ต้องบันทึกภาพทางด้านเดียวกับ เลเซอรพ์ อยเตอร์ อาจเกดิ การสะทอ้ นของแสงรบกวน หรอื แนวการถา่ ยภาพไมต่ ง้ั ฉากกบั กระดาษ กราฟ จึงแกไ้ ขโดยใช้พลาสติกลกู ฟกู เจาะเปน็ ช่องขนาด 10× 20 เซนตเิ มตร แลว้ ตดิ กระดาษ กราฟปิดช่องท่ีเจาะไว้ เมื่อทำ�กิจกรรมให้ภาพเกิดบนกระดาษกราฟสังเกตและบันทึกภาพ จากทางด้านหลังของฉาก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 บทที่ 10 | แสงเชงิ คลนื่ 125 อภปิ รายหลงั การท�ำ กจิ กรรม ครใู หน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม จากนน้ั ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายผลการท�ำ กจิ กรรม 10.1 จนได้ขอ้ สรุปดังน้ี 1. เม่ือแสงเลเซอร์ผ่านสลิตคู่ จะเห็นลวดลายการแทรกสอดของแสงเป็นแถบสว่าง และ แถบมดื สลบั กนั บนฉาก คลา้ ยกบั การเกดิ ปฏบิ พั และบพั จากการแทรกสอดของคลนื่ ผวิ น�ำ้ ตามล�ำ ดบั แสดงว่าคลื่นแสงมีการแทรกสอดแบบเสรมิ และแบบหกั ลา้ ง 2. ลวดลายการแทรกสอดทปี่ รากฏเมอ่ื แสงเลเซอรผ์ า่ นสลติ คนู่ น้ั แถบสวา่ งแตล่ ะแถบมขี นาด ใกลเ้ คียงกัน แผอ่ อกไปทงั้ สองข้างจากกึ่งกลาง เมอ่ื เปลย่ี นสลติ ท่มี รี ะยะหา่ งระหว่างชอ่ ง ของสลติ คู่มากขน้ึ ขนาดของแถบสว่างทป่ี รากฎจะมีขนาดเล็กลง และอย่ใู กล้กันมากขึ้น 3. เม่ือให้แสงเลเซอร์สีแดงและสีเขียว ผ่านสลิตคู่ท่ีมีระยะระหว่างช่องเท่ากัน ความกว้าง ของแถบสว่างที่ปรากฏจากแสงเลเซอร์สีเขียวกว้างน้อยกว่าท่ีปรากฏจากแสงเลเซอร์ สีแดง แสดงให้เห็นว่าเม่ือใช้แสงเลเซอร์สีเขียวซึ่งมีความยาวคลื่นน้อยกว่าแสงเลเซอร์ สีแดงจะท�ำ ให้ความกวา้ งของแถบสวา่ งมีค่านอ้ ยกวา่ ความรูเ้ พม่ิ เติมส�ำ หรับครู แหล่งกำ�เนิดแสงเลเซอร์สามารถแบ่งออก เปน็ ชน้ั ตามระดบั อนั ตรายทแ่ี สงเลเซอรส์ ามารถ ท�ำ ใหเ้ กดิ ตอ่ ดวงตาและผวิ หนงั แหลง่ ก�ำ เนดิ แสง เลเซอร์สามารถแบง่ ไดเ้ ป็น 7 ช้ัน (class) ตาม รหัสท่ีแสดงไว้ดังรูป ซ่ึงเรียงลำ�ดับชั้นจาก อนั ตรายนอ้ ยทส่ี ดุ (least hazardous) จนถงึ ชนั้ อนั ตรายมากทส่ี ุด (most hazardous) รปู การแบ่งชน้ั ของแหล่งกำ�เนิดแสงเลเซอร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ตาราง อันตรายทเี่ กิดจากแสงเลเซอร์และขอ้ ควรระวงั 126 บทท่ี 10 | แสงเชิงคลนื่ ช้นั ก�ำ ลังแสง* อันตรายทเี่ กิดขน้ึ ได*้ * ขอ้ ควรระวัง ตัวอย่างเลเซอร์ 1  0.4Pw ไมม่ อี นั ตราย ไม่มขี อ้ ควรระวัง เครอ่ื งพิมพเ์ ลเซอร์ 1M  0.4Pw ก่อใหเ้ กดิ อันตรายไดถ้ า้ แสง ระมดั ระวงั การใช้เลเซอรเ์ มอ่ื ท�ำ งานรว่ มกับอปุ กรณร์ วมแสง เลเซอร์สอ่ งผ่านเลนสร์ วมแสง เชน่ เลนส์ กอ่ นเข้าตา 2 t 0.4Pw ก่อให้เกิดอันตรายตอ่ จอรับภาพ หลีกเลี่ยงการมองแสงเลเซอร์ ฮีเลยี ม-นีออนเลเซอรท์ ใี่ ชใ้ นหอ้ ง โดยตรง กลไกการกระพรบิ ตา ปฎิบตั กิ ารทางแสง  1mW ได้เมื่อมองแสงโดยตรงในชว่ ง เมือ่ เริม่ เห็นแสงสามารถชว่ ย ป้องกันอันตรายจากแสงเลเซอร์ เวลานาน ๆ ในกลุ่มนี้ได้ 2M t 0.4Pw กอ่ ใหเ้ กิดอนั ตรายต่อจอรบั ภาพ กลไกการกระพรบิ ตาเมอ่ื เริม่ เหน็ แสงสามารถช่วยปอ้ งกันอนั ตราย  1mW ได้เมือ่ มองแสงโดยตรงในช่วง จากแสงเลเซอร์ในกล่มุ นไ้ี ด้ แตใ่ ห้ ระมดั ระวงั การใช้งานเลเซอร์เมื่อ เวลานาน ๆ โดยอาศยั เลนส์รวม ท�ำ งานร่วมกับอปุ กรณร์ วมแสง ระมัดระวังการใช้งานเลเซอร์เมอ่ื แสง ท�ำ งานรว่ มกบั อุปกรณร์ วมแสง ฟสิ กิ ส์ เล่ม 3

ตาราง อนั ตรายที่เกดิ จากแสงเลเซอรแ์ ละขอ้ ควรระวัง (ต่อ) ชัน้ ก�ำ ลังแสง* อันตรายทเ่ี กิดขึ้นได้** ขอ้ ควรระวัง ตัวอยา่ งเลเซอร์ 3R t 1mW ก่อให้เกดิ อนั ตรายตอ่ จอรับภาพ หลีกเลยี่ งการมองแสงเลเซอร์ เลเซอรพ์ อยเตอร์  5 mW ไดเ้ มื่อมองแสงโดยตรงในช่วง โดยตรงเปน็ เวลานาน ฟสิ กิ ส์ เล่ม 3 เวลานาน แตไ่ มม่ อี นั ตรายตอ่ ผิวหนัง 3B t 5 mW ก่อให้เกิดอันตรายต่อจอรับภาพ ผ้ใู ชง้ าน ควร สวมแว่นป้องกนั  0.5 W ได้เมอ่ื มองแสงโดยตรงในช่วง และแหล่งกำ�เนิดเลเซอร์ควรมี เวลานาน แต่ไม่มอี ันตรายต่อ ระบบความปลอดภยั ผวิ หนงั 4 ≥ 0.5 W ก่อให้เกิดอันตรายต่อดวงตา ผู้ใช้งาน ต้อง สวมแว่นป้องกนั เลเซอรใ์ นโรงงานอตุ สาหกรรม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และผิวหนังจากแสงตกกระทบ แสงจากแหล่งก�ำ เนดิ เลเซอรแ์ ละ ส�ำ หรบั การเจาะ เชื่อม ตัด โดยตรงหรอื แสงกระเจิงจากผวิ สถานที่ใช้งานควรมีระบบความ สะทอ้ น นอกจากนยี้ ังสามารถ ปลอดภัยที่รัดกมุ บทท่ี 10 | แสงเชงิ คลน่ื ท�ำ ใหเ้ กดิ เพลิงไหม้ได้ * อา้ งองิ กบั แสงเลเซอร์ชนดิ ตอ่ เนอื่ งในชว่ งความยาวคล่ืนทต่ี ามองเหน็ ** เกณฑ์ในการแบ่งชน้ั ของเลเซอรข์ ้างต้นอ้างองิ ตาม IEC 60825-1 (International Electrotechnical Commisson) 127

128 บทท่ี 10 | แสงเชิงคล่ืน ฟิสกิ ส์ เล่ม 3 ครูอาจถามคำ�ถามชวนคิดในหน้า 112 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคดิ เห็นอย่างอิสระ แลว้ ครูนำ�อภิปรายจนได้แนวคำ�ตอบดังนี้ แนวค�ำ ตอบชวนคดิ ใช้เลเซอร์พอยเตอรส์ ีมว่ ง และสีเขียวฉายแสงผ่านสลิตคทู่ ีม่ ีระยะหา่ งเท่ากัน ความกว้างของแถบ สวา่ งเน่อื งจากแสงเลเซอรส์ มี ว่ งและแสงเลเซอร์สีเขียว แตกตา่ งกันหรือไม่ อย่างไร แนวคำ�ตอบ แตกต่างกัน เนื่องจากแสงเลเซอร์สีม่วงมีความยาวคล่ืนน้อยกว่าแสงเลเซอร์สีเขียว ความกว้างของแถบสว่างของแสงเลเซอร์สีม่วงจะมีความกว้างน้อยกว่าแถบสว่างของแสงเลเซอร์สี เขียว ครูทบทวนและนำ�อภิปรายตามหนังสือเรียน เรื่องความต่างระยะทาง และความต่างเฟสของคล่ืน จากแหล่งก�ำ เนิดอาพนั ธส์ องแหล่งก�ำ เนดิ ให้นักเรียนศกึ ษาตัวอย่าง 10.1 โดยครูเปน็ ผ้ใู ห้คำ�แนะนำ� ครูนำ� อภปิ รายจนไดส้ มการ (10.1) และ (10.2) จากนน้ั ใหน้ กั เรยี นศกึ ษาตวั อยา่ ง 10.2 โดยครเู ปน็ ผใู้ หค้ �ำ แนะน�ำ แล้วครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับเง่ือนไขการเกิดการแทรกสอดแบบเสริมและการแทรกสอด แบบหกั ล้าง จนได้สมการ (10.3) และ (10.4) ตามลำ�ดบั และให้นักเรยี นศึกษาตัวอยา่ ง 10.3-10.4 โดย ครเู ปน็ ผู้ให้ค�ำ แนะนำ� ครแู ละนกั เรยี นอภปิ รายเกย่ี วกบั ลกั ษณะลวดลายการแทรกสอดของแสงจากสลติ คทู่ ม่ี ชี อ่ งขนาดเลก็ มาก จนถือว่าเปน็ แหล่งก�ำ เนดิ แสงแบบจดุ ตามรายละเอยี ดในหนังสอื เรียน ครูใหน้ ักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจข้อ 1-4 และท�ำ แบบฝกึ หดั ข้อ 1 โดยครอู าจมีการ เฉลยคำ�ตอบและอภปิ รายค�ำ ตอบรว่ มกัน แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เก่ียวกับการแทรกสอดของแสงเมื่อผ่านสลิตคู่จากคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ และแบบฝกึ หัด 2. ทักษะการสังเกต การทดลอง การวัดและการตีความหมายและลงข้อสรุป จากการอภิปราย ร่วมกันการทำ�กิจกรรม และการบันทึกผลการทำ�กิจกรรม 10.1 3. ทกั ษะการใช้จำ�นวน จากการทำ�โจทยแ์ ละคำ�นวณปริมาณตา่ ง ๆ ทเี่ ก่ียวขอ้ งกบั สลิตคู่ 4. จิตวิทยาศาสตร์ความซ่ือสัตย์ จากรายงานผลการทดลอง และความมุ่งม่ันอดทนจาก การทดลองและการอภิปรายร่วมกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เลม่ 3 บทที่ 10 | แสงเชงิ คลนื่ 129 แนวคำ�ตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ 10.2 1. การทดลองเรื่องการแทรกสอดของธอมัส ยัง เมื่อประมาณ 200 ปีมาแล้ว เป็นการสนับสนุน แนวคดิ เก่ยี วกบั เรื่องใด แนวค�ำ ตอบ แสงเปน็ คลืน่ 2. ถ้ากำ�หนดใหร้ ะยะทาง S1P และ S2P เท่ากับ 125λ และ 120λ ตามลำ�ดบั ความต่างเฟสของ คลืน่ สองขบวนน้ที ี่ตำ�แหน่ง P เป็นเท่าใด แนวค�ำ ตอบ ความต่างเฟส 'r S1P-S2P 125O 120O 5O 2S O ความตา่ งเฟส 'I 'r u 5O u 2S O 10S ดังน้นั ทต่ี ำ�แหนง่ P คลืน่ ทง้ั สองขบวนมีความต่างเฟส 52S  หรอื เทา่ กับ 2π 3. รูปแสดงแผนภาพการทดลองการแทรกสอดของยัง ซ่ึงมีแหล่งกำ�เนิดแสงส่องผ่านสลิตเด่ียว S และผ่านสลิตคู่ M กับ N ไปตกกระทบฉากซึ่งห่างจากสลิตคู่ M และ N เป็นระยะ D ถา้ แนว แบ่งคร่ึง MN ผM่านKฉากทOต่ี �ำ แหนง่ G และแสงมคี วามยาวคลน่ื λ ถา้ K เป็นจดุ ๆ หนึ่งบนฉาก ที่ทำ�ให้ NK – 2 ก. ภาพที่ปรากฏบนฉากที่ K ตำ � แ ห น่ ง G แ ล ะ K เปน็ อย่างไร แหลง กำเนดิ แสง M G ข. ถ้าต้องการให้แถบสว่าง N S อยู่ใกล้กันมากข้ึน จะต้อง ทำ�อยา่ งไร D ฉาก รปู ส�ำ หรับปัญหาขอ้ 3 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

130 บทที่ 10 | แสงเชงิ คลนื่ ฟสิ ิกส์ เล่ม 3 แนวคำ�ตอบ ก. ตำ�แหนง่ G เป็นแถบสว่างกลาง เพราะ NG  MG 0 O ตำ�แหนง่ K เปน็ แถบมืดอนั ดับที่ 1 เพราะ NK  MK 2 ข. พจิ ารณาจากสมการ 10.5 จะได้ x OnL d แสดงว่าแถบสว่างอยู่ใกล้กันมากขึ้น (ระยะห่างระหว่างแถบสว่างกับแถบสว่างกลาง (x) มี ค่าลดลง) เม่ือระยะห่างระหว่างฉากกบั สลติ (L) มคี ่านอ้ ยลง ความยาวคลน่ื ( λ ) นอ้ ยลง หรือ ระยะห่างระหว่างช่อง (d) เพมิ่ ขน้ึ 4. AB เป็นสลิตคู่ เมื่อมีแสงที่มีความยาวคล่ืน λ ตกกระทบสลิตคู่ ในแนวต้ังฉากภาพการ แทรกสอดจะปรากฏทฉ่ี าก ถ้าระยะ AC nO และ BC (n  3)O เม่ือ n เป็นจ�ำ นวนเต็ม ให้ OM เปน็ แนวกลาง ภาพแทรกสอดท่ี C เปน็ แถบสว่างหรือแถบมืดอนั ดบั ทีเ่ ทา่ ใด A C O M B ฉาก รปู ส�ำ หรับปญั หาขอ้ 4 แนวคำ�ตอบ ภาพแทรกสอดท่ี C เปน็ แถบสวา่ งที่ 3 เพราะ BC  AC 3O สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟสิ ิกส์ เลม่ 3 บทท่ี 10 | แสงเชงิ คล่ืน 131 เฉลยแบบฝกึ หดั 10.2 1. แสงมคี วามยาวคล่ืน 5.9u107 เมตร ตกกระทบต้ังฉากในแนวสลติ คู่ ถ้าสลติ ท้ังสองอยู่หา่ งกนั 1.0u103 เมตร ภาพการแทรกสอดบนฉากท่ีอยู่ห่างจากสลิตคู่เป็นระยะ L ให้ x คอื ระยะท่ี แถบสว่างแรกอยู่หา่ งจากแถบสวา่ งกลาง ดังรปู หนา คลืน่ x L ฉาก รูป ประกอบแบบฝึกหัดข้อ 1 ถา้ L มีค่า 1 เมตร x จะมีคา่ เทา่ ใด วิธีทำ� ระยะห่างทแี่ ถบสว่างอยู่หา่ งจากแถบสว่างกลางค�ำ นวณได้จากสมการ d sinT nO พจิ ารณาค่า sinθ sinT nO d  n 5.9u107 m  sinT 1.0u103 m sinT  103 เนอื่ งจากระยะหา่ งระหวา่ งชอ่ งของสลติ คมู่ คี า่ มากกวา่ ความยาวคลน่ื มาก ๆ d !! O  ซึง่ ทำ�ให้ค่า sinθ มีคา่ นอ้ ยมาก ดงั น้นั sinθ  tanθ x L สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

132 บทท่ี 10 | แสงเชงิ คล่นื ฟสิ กิ ส์ เล่ม 3 จาก d x = nλ L nλ L จะได้ x = d ( )(1) 5.9×10−7 m (1m) ( )x = 1.0×10−3 m x = 5.9 × 10−4m หมายเหตุ หากไม่ทำ�การประมาณค่า sinθ สามารถแสดงวธิ ที �ำ ได้ดงั นี้ จาก d sinθ = nλ จากรูป sinθ = x L2 + x2 x = nλ ดงั นัน้ d L2 + x2 จะได้ L = x d2 −1 n2λ 2 แทนคา่ (1m) = x (1.0 ×10−3 m)2 −1 12 (5.9 ×10−7 )2 (5.9 ×10−4 m) = x 1− (5.9)2 ×10−8 เนอ่ื งจาก (5.9)2 ×10−8 เข้าใกล้ศูนย์ จะได้ x = 5.9 ×10−4 m จะเห็นว่าทัง้ สองวธิ ีหากไมต่ ้องการความละเอยี ดมากนกั จะไดค้ ำ�ตอบทเ่ี ท่ากนั ตอบ x มxีค่า= 5.9×10−4 mเมตร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ฟิสิกส์ เลม่ 3 บทท่ี 10 | แสงเชิงคลื่น 133 2. เส้นทึบข้างล่างแทนแถบสว่างของภาพแทรกสอดที่เกิดจากแสงที่มีความยาวคลื่น 6.0u107 เมตร เมอ่ื ตกกระทบสลติ คใู่ นแนวตง้ั ฉาก ถา้ สลติ ทงั้ สองอยหู่ า่ งกนั 2.0u105 เมตร และฉากรับภาพอยหู่ ่างจากสลติ 2.0 เมตร ก. ระยะ x มคี ่าเทา่ ใด ข. ถ้าระยะระหว่างสลติ กบั ฉากเพิม่ ข้ึน ระยะ x จะเปลีย่ นแปลงอยา่ งไร ค. ถา้ ทำ�ใหแ้ หล่งก�ำ เนดิ แสงสวา่ งข้นึ ระยะ x จะเปล่ียนแปลงอย่างไร x แถบสวา ง รูป ประกอบแบบฝึกหดั ข้อ 2 วิธีทำ� ก. ระยะ x คือระยะห่างระหว่างแถบสว่างอันดับที่ 1 กับแถบสว่างกลาง ซึ่งสำ�หรับ สลิตคู่ ระยะห่างระหว่างแถบสวา่ งทถ่ี ดั กันจะห่างเทา่ กันทุกคู่ พจิ ารณาระยะห่างแถบสวา่ งอนั ดับท่ี 1 กับแถบสวา่ งกลาง d x nO จาก L 2.0u105 m x 1 (6.0u107 m) 2m   แทนค่า x 6.0 u102 m ตอบ ระยะ x เทา่ กบั 6.0u102 m วิธที ำ� ข. พจิ ารณา d x nO จาก L จะได้ x nOL d เน่อื งจาก n, λ และ d เปน็ ค่าคงตวั ดงั นนั้ x แปรผันตรงกบั L น่นั คือ ถ้า L มคี ่าเพ่ิมขน้ึ x กม็ ีค่าเพมิ่ ข้ึนด้วย ตอบ ถ้าระยะระหว่างสลิตกับฉากเพม่ิ ขนึ้ ระยะ x กจ็ ะมคี า่ เพิ่มขนึ้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

134 บทท่ี 10 | แสงเชงิ คล่นื ฟสิ กิ ส์ เลม่ 3 วิธที ำ� ค. ถ้าท�ำ ใหแ้ หล่งกำ�เนิดแสงสว่างขึน้ ระยะ x เปล่ยี นแปลงอย่างไร ตอบ ระยะ x จะคงเดิม เพราะความสว่างของแหล่งกำ�เนิดแสงไม่มีผลต่อการเล้ียวเบน และแทรกสอด 3. 0 1 2 3 cm จากรูป ความกว้างของแถบสวา่ งกลางมคี า่ เท่าใด แนวคำ�ตอบ ความกว้างของแถบสว่างกลางวัดจากตำ�แหน่งที่มีความสว่างน้อยที่สุด ถึง ตำ�แหน่งท่ีมีความสว่างน้อยที่สุดท่ีอยู่สองข้างของแถบสว่างกลางจากรูปคือ 1.85 เซนติเมตร และ 1.20 เซนตเิ มตร ดังนั้น ความกว้างของแถบสวา่ งกลางมคี า่ 1.85-1.20 = 0.65 เซนติเมตร 10.3 การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเด่ียว จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายรูปแบบการเลย้ี วเบนของแสงผา่ นสลติ เดี่ยวทม่ี คี วามกวา้ งขนาดต่าง ๆ 2. ค�ำ นวณหาปรมิ าณต่าง ๆ ท่ีเกี่ยวข้องกับการเล้ียวเบนของแสงผา่ นสลิตเดีย่ ว ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื นทอี่ าจเกดิ ขนึ้ ความเข้าใจคลาดเคลอื่ น แนวคิดท่ถี ูกตอ้ ง 1. แถบสว่างจะมีขนาดกว้างมากข้ึน เม่ือขนาด 1. แถบสว่างจะมีความกว้างมากขึ้น เม่ือขนาด ช่องสลติ มคี วามกว้างเพ่ิมข้ึน ของชอ่ งสลิตมีความกวา้ งลดลง 2. แถบมืดท่ีเกิดจากสลิตเด่ียวคำ�นวณได้จาก 2. แถบมืดที่เกิดจากสลิตเด่ียวคำ�นวณได้จาก § 1 · สมการ d sinT ¨© n  2 ¸¹ O สมการ a sinT nO เมือ่ n, 1, 2, 3, ... สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี