Демонстрация зависимости интерференционной картины от разности начальных фаз волн, испускаемых точечными источниками, с помощью компьютерной модели | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №6 (86) март-2 2015 г.

Дата публикации: 02.03.2015

Статья просмотрена: 77 раз

Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Демонстрация зависимости интерференционной картины от разности начальных фаз волн, испускаемых точечными источниками, с помощью компьютерной модели // Молодой ученый. — 2015. — №6. — С. 12-15. — URL https://moluch.ru/archive/86/16085/ (дата обращения: 18.07.2018).

В статье показано, как с помощью компьютерной модели интерференции от двух точечных источников волн, предлагаемой автором, демонстрируется зависимость интерференционной картины от разности начальных фаз когерентных волн.

Ключевые слова:визуализация, компьютерная визуализация, компьютерное моделирование, модель, учебная компьютерная модель, интерференция, опыт Юнга, когерентные волны.

 

Эта статья является продолжением серии наших статей и других работ, опубликованных ранее [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 9].

В учебной теории приводится формула для расчета координаты максимумов интерференционной картины (рис. 1):

xk,max = kyλ / d, k = 0, ±1, ±2, …,

где xk,max — координата максимума интенсивности, k — порядок максимума интенсивности, y — расстояние от источников до интерференционной картины (одномерного распределения интенсивности, представленного в виде графика), λ — длина волны, d — расстояние между источниками когерентных волн (d << y). Это условие получается из предположения того, что максимум интерференционной картины будет наблюдаться в данной точке пространства в том случае, если разность хода, приходящих в нее волн, равна целому числу длин волн () или четному числу длин полуволн (2kˑ λ/2). Иными словами, если колебания, созданные двумя волнами в данной точке, происходят в ней синфазно (разность их начальных фаз равна n, где n — целое число), то в точке расположен максимум интенсивности результирующей волны. В точках, где находятся минимумы интерференционной картины эти колебания происходят в противофазе, то есть взаимно гасят друг друга. Разность начальных фаз колебаний в этом случае должна быть равна πn (n - нечетное число). Таким образом, если изменить начальную фазу одной из интерферирующих волн на π, то минимумы и максимумы интерференционной картины (функции I(x)) согласно теоретическим рассуждениям поменяются местами (рис. 1).

Рис. 1. Теоретические представления об интерференционной картине при изменении разности начальных фаз колебаний источников: 1 — разность начальных фаз волн равна n (n = 0, ±1, ±2, …), 2 — разность начальных фаз волн равна πn (n = ±1, ±3, ±5,…)

 

Изменение интерференционной картины можно демонстрировать обучающимся с помощью компьютерной модели интерференции, созданной нами специально для изучения этого явления [4]. Это компьютерное приложение позволяет визуализировать распределение интенсивности результирующей волны на плоскости и вдоль прямой, параллельной отрезку, соединяющему источники волн. Демонстрация зависимости, о которой шла речь выше, может быть осуществлена следующим образом. Сначала обучающимся показывают картину распределения интенсивности, представленную на рис. 2. Обращают внимание на то, что в центре интерференционной картины расположен максимум интенсивности. Затем, меняя начальную фазу одной из волн, демонстрируют изменение интерференционной картины (рис. 3). Все остальные условия виртуального опыта при этом остаются неизменными. И наконец, когда разность фаз двух интерферирующих волн станет равной π, обращают внимание на то, что теперь в центре интерференционной картины расположен минимум интенсивности (рис. 3).

Рис. 2. Интерференционная картина, наблюдаемая при разности начальных фаз интерферирующих волн равной 0

 

Применение в обучении моделей, подобных той, что представлена в этой статье, способствует сближению естественно-научного образования и аутентичной педагогики [8, с. 120–137]. Учебные компьютерные модели предлагают новый метод исследования конкретного физического явления. В этом случае преподаватель осуществляет обучение, демонстрируя умение использовать носители информации, которые помогают активизировать процесс обучения. Этому способствует сама специфика физического явления, которая может быть такой, что какую-то информацию при непосредственном наблюдении явления получить невозможно или очень сложно. Чтобы создать такую модель, преподаватель должен осмыслить весь спектр возникающих познавательных проблем, которые ему необходимо будет решить совместно с обучающимися. Для обучающихся эта работа будет незаметна, но для преподавателя она очень важна, так как помогает избежать трудности, которые могут возникнуть в процессе обучения. Проектирование и создание модели облегчается, если преподаватель ясно представляет суть исследуемого явления и, основываясь на своем опыте, может предложить обучающимся удачные ориентиры, реализованные в модели чаще всего с помощью компьютерной визуализации.

Рис. 3. Изменение интерференционной картины при изменении разности начальных фаз волн

 

Следует отметить, что при создании и использовании наглядных компьютерных моделей в обучении физике от преподавателя требуется умелая компиляция, а также оригинальное, а в некоторых случаях уникальное, соединение визуальных образов с теоретическими сведениями. Во многих решаемых физических задачах можно легко выделить эмпирическую составляющую имитационной модели и математическое описание явления. Но наибольшая ценность построенной модели определяется представленной в ней возможностью предсказывать поведение и развитие явления. Предложенный метод обучения объединяет традиционное (чаще всего репродуктивное) обучение и аутентичную технологию. Используя такое обучение, преподаватель выявляет сущность объекта исследования для обучающихся и раскрывает для них суть самого метода объяснения (чаще всего таким методом является метод научной визуализации). Объяснение преподавателя в этом случае может рассматриваться обучающимися как процедура собственной познавательной деятельности, а также как понимание через восприятие объяснения кого-то другого и дальнейшее освоение этого учебного материала. Говорят, что в этом случае обучающийся обращает метод объяснения на самого себя.

Рис. 4. Смена центрального максимума интерференционной картины на минимум при изменении разности начальных фаз волн на π

 

Литература:

 

1.                  Данилов О. Е. Демонстрация зависимости интерференционной картины от расстояния между двумя источниками волн с помощью компьютерной модели / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2015. — № 1. — С. 15–18.

2.                  Данилов О. Е. Демонстрация зависимости распределения интенсивности интерферируемой волны вдоль прямой от расстояния между этой прямой и отрезком, соединяющим точечные источники когерентных волн, с помощью компьютерной модели / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2014. — № 16. — С. 15–19.

3.                  Данилов О. Е. Демонстрация явления интерференции волн от двух точечных источников с помощью компьютерной модели / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2014. — № 13. — С. 5–10.

4.                  Данилов О. Е. Изучение интерференции с помощью компьютерного моделирования / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2013. — № 9. — С. 50–58.

5.                  Данилов О. Е. Компьютерная модель интерференции от двух точечных источников / О. Е. Данилов // Информатика: проблемы, методология, технологии: Материалы XI Международной научно-практической конференции, Воронеж, 10-11 февраля 2011 г.: в 3 т. Т. 3. Школа-конференция "Информатика в образовании". – Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2011. – С. 87-89.

6.                  Данилов О. Е. Компьютерное моделирование: Волновое уравнение. Численные методы решения физических задач. Borland Pascal. Учебно-методическое пособие / О. Е. Данилов. — Глазов: ГГПИ, 2009. — 24 с.

7.                  Данилов О. Е. Формирование умения проводить теоретическое исследование при изучении распределения физической величины в пространстве с помощью компьютерной модели / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2013. — № 7. — С. 84–94.

8.                  Дахин А. Н. Моделирование компетентности участников образовательного процесса / А. Н. Дахин. — М.: НИИ школьных технологий, 2009. — 292 с.

9.                  Компьютерная модель интерференции / О. Е. Данилов. — Электрон. дан. — Сайты Google, 2011. — Режим доступа: https://sites.google.com/site/intercommod/. — Загл. с экрана.

Основные термины (генерируются автоматически): интерференционная картина, начальная фаза волн, волна, изменение разности, обучающийся, результирующая волна, начальная фаза, компьютерная модель интерференции, компьютерная визуализация, физическое явление.


Похожие статьи

Демонстрация зависимости интерференционной картины от...

Ключевые слова:визуализация, компьютерная визуализация, компьютерное моделирование, модель, учебная компьютерная модель, интерференция, опыт Юнга, когерентные волны.

Демонстрация явления интерференции волн от двух точечных...

Данилов, интерференционная картина, компьютерное моделирование, виртуальное обучение, волна, источник, распределение интенсивности, помощь, компьютерная модель, результирующая волна.

Методика изучения интерференции волн от двух точечных...

На заключительном этапе демонстрируют зависимость интерференционной картины от разности начальных фаз волн, испускаемых источниками.

Основные термины (генерируются автоматически): физическая величина, компьютерная визуализация, одномерное...

Компьютерное моделирование поперечных механических волн...

Ключевые слова: компьютерное моделирование, 3D-моделирование, модель, поперечные механические волны, обучение физике.

‒ третья ступень связана с тем, что обучающийся учится управлять процессами и видами деятельности, используя возможности...

Демонстрация зависимости распределения интенсивности...

В статье рассматривается, как с помощью компьютерной модели интерференции когерентных волн от двух точечных источников, предлагаемой автором, демонстрируется зависимость интерференционной картины...

Демонстрация зависимости интерференционной картины от...

В статье показано, как с помощью компьютерной модели интерференции волн от двух точечных источников, предлагаемой автором, обучающимся демонстрируют изменение интерференционной картины при изменении расстояния между источниками когерентных...

Учебные компьютерные модели механических волн

Ключевые слова: модель, моделирование, учебные компьютерные модели, волновые явления, механические волны, поперечные волны, продольные волны, обучение физике.

Компьютерное моделирование продольных механических волн...

Это позволяет продемонстрировать отражение волны от поверхности и образование стоячей волны между пластинами (интерференцию механических волн). Предусмотрены следующие действия экспериментатора при работе с компьютерной моделью: 1) изменение...

Учебные компьютерные модели волновых процессов и явлений

Ключевые слова: абстрагирование, учебные компьютерные модели, волновые явления, волновые процессы, волны, цуг, обучение физике, наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент, информационные технологии, общенаучные методы исследования...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Демонстрация зависимости интерференционной картины от...

Ключевые слова:визуализация, компьютерная визуализация, компьютерное моделирование, модель, учебная компьютерная модель, интерференция, опыт Юнга, когерентные волны.

Демонстрация явления интерференции волн от двух точечных...

Данилов, интерференционная картина, компьютерное моделирование, виртуальное обучение, волна, источник, распределение интенсивности, помощь, компьютерная модель, результирующая волна.

Методика изучения интерференции волн от двух точечных...

На заключительном этапе демонстрируют зависимость интерференционной картины от разности начальных фаз волн, испускаемых источниками.

Основные термины (генерируются автоматически): физическая величина, компьютерная визуализация, одномерное...

Компьютерное моделирование поперечных механических волн...

Ключевые слова: компьютерное моделирование, 3D-моделирование, модель, поперечные механические волны, обучение физике.

‒ третья ступень связана с тем, что обучающийся учится управлять процессами и видами деятельности, используя возможности...

Демонстрация зависимости распределения интенсивности...

В статье рассматривается, как с помощью компьютерной модели интерференции когерентных волн от двух точечных источников, предлагаемой автором, демонстрируется зависимость интерференционной картины...

Демонстрация зависимости интерференционной картины от...

В статье показано, как с помощью компьютерной модели интерференции волн от двух точечных источников, предлагаемой автором, обучающимся демонстрируют изменение интерференционной картины при изменении расстояния между источниками когерентных...

Учебные компьютерные модели механических волн

Ключевые слова: модель, моделирование, учебные компьютерные модели, волновые явления, механические волны, поперечные волны, продольные волны, обучение физике.

Компьютерное моделирование продольных механических волн...

Это позволяет продемонстрировать отражение волны от поверхности и образование стоячей волны между пластинами (интерференцию механических волн). Предусмотрены следующие действия экспериментатора при работе с компьютерной моделью: 1) изменение...

Учебные компьютерные модели волновых процессов и явлений

Ключевые слова: абстрагирование, учебные компьютерные модели, волновые явления, волновые процессы, волны, цуг, обучение физике, наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент, информационные технологии, общенаучные методы исследования...

Задать вопрос