אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

א. נושא זה אינו קל להבנה, וסדר ההוראה הוא אפוא חשוב ביותר. להלן הצעה דידקטית להוראת הנושא "התאבכות", הבנויה על הדגמה באמבט גלים במקביל לשימוש במקרן שקפים:

1. באמבט גלים, מדגימים גל מעגלי מחזורי יחיד, ולאחר מכן מפעילים שני מקורות נקודתיים קוהרנטיים לגלים כאלה.
2. מסרטטים על דף נייר את שני הגלים המעגליים המחזוריים (סרטוט חזיתות בהפרש ).
3. דנים בקשר שבין תבנית ההתאבכות לבין עקרון הסופרפוזיציה.
4. מוסיפים בתרשים את קווי המקסימום ואת קווי המינימום.
5. מאפיינים את התנאי הגאומטרי שמקיימת נקודה על קו מקסימום (הפרש המרחקים שלה משני המקורות שווה למספר שלם של אורכי גל) ואת התנאי שמקיימת נקודה על קו מינימום (ההפרש שלה משני המקורות שווה למספר אי-זוגי של חצי אורך גל).
6. מודדים אורך גל באמבט גלים על ידי בחירה של נקודות שונות על קווי מקסימום ועל קווי מינימום, ומחשבים את אורך הגל על פי התנאי הגאומטרי שמקיימת כל נקודה.
7. נעזרים בזוג שקפים (בכל שקף מסורטט גל מעגלי מחזורי) כדי לנתח את השפעת המרחק בין המקורות על תבנית ההתאבכות.
8. משנים את המרחק בין המקורות באמבט הגלים ואת אורך הגל, ובוחנים כיצד כל פרמטר משפיע על תבנית ההתאבכות.
9. דנים בשאלה: כיצד הפרש מופע בין המקורות משפיע על תבנית ההתאבכות.
10. דנים בשאלה: באמבט גלים נוצרת תבנית התאבכות, וכל 10 שניות משתנה באופן אקראי הפרש המופע בין המקורות. מה יראה צופה המתבונן באמבט הגלים? לאחר מכן דנים באותה שאלה, אלא שמשנים את הפרש המופע כל 5 שניות, כל 1 שנייה, כל מאית שנייה. מכאן מגיעים למושג "מקורות קוהרנטיים" ("מקורות צמודים").
11. דנים בשאלה: מדוע לא מתקבלת תבנית התאבכות יציבה משני מקורות אור קרובים אך בלתי תלויים.
12. עורכים ניסוי דמוי "ניסוי יאנג".
13. דנים במגבלות השיטה למדידת אורך גל של אור בעזרת מדידת הפרשי מרחקים של נקודה הנמצאת על קו מקסימום משני המקורות.
14. מפתחים את הנוסחה עבור המצב שבו המרחק L בין המקורות למסך, גדול מאוד ביחס למרחק d בין שני המקורות (ומפתחים את הנוסחה המתאימה לקווי מינימום).
15. מזהים שקווי המקסימום וקווי המינימום הן היפרבולות, ודנים בקירוב ההיפרבולות באמצעות אסימפטוטות (כאשר מתקיים התנאי ).
16. מפתחים את הנוסחה עבור המקרה שבו הזוויות הן קטנות .
17. דנים בהתאבכות של אור לבן.

ב. אין צורך לטפל באופן מתמטי בתבנית התאבכות כאשר יש הפרש מופע בין המקורות. יש ללמד זאת איכותית בלבד.

ג. יש לציין כי קיימות שלוש תופעות שבהן האור משנה את כיוון התפשטותו: החזרה, שבירה ועקיפה. יש להדגיש כי האופטיקה הגאומטרית היא קירוב של המודל הגלי של האור במצבים שבהם אין שינוי כיוון כתוצאה מעקיפה.

קשיי תלמידים

תלמידים מתקשים להבין מדוע בתבנית התאבכות בגלי מים התמונה היא דינמית (בשפת האמבט מגיעים שיאים ושפלים של הגל בזה אחר זה), ואילו באור – התמונה היא סטטית (עוצמת האור בקווי המקסימום נראית קבועה), לכן יש לדון בכך.