Толқындық қозғалыс жайлы түсінік - Физика, 11 сынып, 24 - сабақ

Сабақтың мақсаты:

1. Білімділік мақсаты: Оқушы білімін, іскерлігін, дағды деңгейін бақылау, бағалау. Толқындық қозғалыс жайлы түсінік. Толқындардың интерференция және дифракция құбылыстарын түсіндіріп солар жайлы түсінік қалыптастыру.
2. Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.
3. Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа, отансүйгіштікке, табиғатты аялауға, сыйластық пен әдептілікке баулу.

Сабақтың түрі:жаңа білімді қалыптастыру, жалпылау
Сабақтың әдіс-тәсілдері:  Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер, 

Сабақтың барысы:

І. ДК. Ұйымдастыру кезеңі:  
1. Сәлемдесу;
2. Оқушыларды түгендеу;
3. Сынып болмесінің тазалығын тексеру;
4. Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);
5. Оқушылардың назарын сабаққа аудару.

ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру.
Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.
Б) есептерін тексеру.

ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.  
Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша толқындық қозғалыс жайлы түсінікпен толқындардың интерференция және дифракция құбылыстарымен танысамыз.
1. Төменгі жиілікті толқындар  дегеніміз не?
2. Радиотолқындар дегеніміз не?
3. Инфрақызыл сәулелер дегеніміз не?
4. Көрінетін жарық дегеніміз не?
5. Ультракүлгін  дегеніміз не?
6. Рентген сәулелері дегеніміз не?
7. Гамма-сәуле шығару дегеніміз не?

V. ДК.Жаңа материалды меңгерту: 
Интерференция. Кеңістіктің әр түрлі нүктелеріне қорытқы тербелістер амплитудаларының уақыт жөнінен тұрақты таралу тәртібі орнайтындай болып, екі (немесе бірнеше) толқынның қосылуы интерференция (латынның inter өзара және ferio соғамын деген сөзінен шыққан) деп аталады.

Енді қандай жағдайда толқындар интерференциясы болатынын түсіндірейік. Ол үшін су бетінде пайда болатын толқындардың қосылуын толығырақ қарастырайық. Гармоникалық тербеліс жасайтын металл шыбыққа бекітілген екі шардың көмегімен кең ыдысқа құйылған судың бетінде бір мезгілде екі дөңгелек толқын қоздыруға болады (1-сурет). Су бетіндегі кез келген М нүктеде екі толқын О₁ және О₂ көздерден келген) туғызған тербелістер қосылады(2-сурет).  Екі толқын туғызған М нүктесіңдегі тербелістердің амплитудалары, жалпы айтқанда бірдей болмайды, өйткені толқындар әр түрлі d₁ және d₂ жол жүреді. Бірақ егер көздердің ара қашықтығы сол жоддардан көп кіші (l<<d₁  және L<<d₂) болса, онда амплитудалар іс жүзінде бірдей деп есептеуге болады. M нүктесіне келетін толқындардың қосылу нәтижесі олардың фазаларының айырымына төуелді болады. Әр түрлі d₁ және   d₂ қашықтықты жүріп өткенде толқындардың Dd=d₂ - d₁ жол айырымы болады. Егер жол айырымы толқын ұзындығына тең болса, онда біріншіге қарағанда, екінші толқын тура бір периодқа кешігеді (бір период ішінде толқын үзындығына тең жол жүреді). Сондықтан бұл жағдайда екі толқынның жалдары (сайлары сияқты) дәл келеді.
МЕХАНИКАЛЫҚ ТОЛҚЫНДАРДЫҢ ДИФРАКЦИЯСЫ.  Алайда толқын жолында шағын (толқын ұзындығымен салыстырғанда) бөгеттер жиі ұшырайды. Негізінде толқынның күйін анықтайтын - толқын ұзындығы мен бөгеттің өлшемі арасындағы қатыс.
Толқындарда бөгеттің шетін орағытатын қабілет бар. Бөгеттердің өлшемі шағын болған жағдайда, толқындар, олардың шетшетінен орағыта өтіп барып, бөгеттерден өткен жерде бірігіп кетеді. Мысалы, теңіз толқындары судан шығып тұрған тасты, егер оның үлкендігі толқын ұзындығынан кіші не сол шамалас болса, еркін орағытып өтеді. Толқындар тастың ар жағында, тас әсте болмағандай тарай береді(1-суреттегі ұсақ тастар).   Сол сияқты тоғанға түскен тастан таралған толқын, судан шығып тұрған шыбықты орағытып өтеді. Тек 
толқын ұзындығымен салыстырғандағы үлкен бөгеттердің ғана(1-суреттегі үлкен тастар) "көлеңкесі" болады: толқындар оның тасасына өтпейді.  Бөгетті орағытып өту қабілеті дыбыс толқындарында да бар. Үйдің тасасында тұрып, машина көрінбеген кезде, сен машинаның сигналын ести аласың. Орман ішінде ағаштардың тасасынан жолдастарың көрінбей қалады. Олардан адасып қалмау үшін, сен айғайлай бастайсың. Дыбыс толқындары, жарықтай емес ағаш діңдерін еркін орағытып өтіп, дауысыңды жолдастарыңа жеткізеді.

 Толқындардың түзу сызықты  тараулардан ауытқуы, толқындардың бөгеттерді орағытып өтуі дифракция деп аталады. Интерференция сияқты дифракция да кез келген толқынды процеске сол дәрежеде тән. Дифракция кезінде бөгеттердің шет-шетінде толқындық беттер қисаяды. Толқын жолында бөгеттердің өлшемдері толқын ұзындығынан кіші немесе онымен шамалас болған жағдайларда толқындар дифракциясы айқын көрінеді.
Су бетіндегі толқындардың дифракция құбылысын толқындар жолына тар (толқын ұзындығынан өлшемі кіші) саңылауы бар экран қойып, ас көрнекті түрде бақылауға болады (2-сурет).  Экран тесігінде тербелуші дене - толқын көзі орналасып тұрған тәрізді экранның аржағында дөңгелек толқын тарап бара жатқаны жақсы көрінеді. Гюйгенс принципі бойынша нақ солай болуы керек. Тар саңылауды екінші реттік көздер соншама жақын орналасқандықтан, оларды жалғыз ақ нүктелік көз деп қарастыруға болады.
Егер саңылау өлшемдері толқын ұзындығымен салыстырғанда үлкен болса, онда экран сыртындағы толқындардың таралу көрінісі мүлде басқаша болады (3-сурет). Толқын өзінің пішінін өзгертпей саңылаудан өтіп кетеді. Тек шеттерінде ғана толқындық бетің болымсыз қисаюын байқауға болады, соның арқасында экран сыртындағы кеңістікке толқын жартылай өтеді. Дифракция неліктен болатынын  Гюйгенс принципінен түсінуге болады Ортаның бөліктері шығарып тарататын екінші реттік толқындар толқынның таралу жолындағы бөгеттің шет-шетінің ар жағына өтіп кетеді.Максимумдар шарты 1-суретте болғандағы екі толқын туғызған  және  ауытқулардың уақытқа  тәуелділігі кескінделген. Тербелістер фазаларының айырымы нөлге тең (яғни  десек те бәрібір, өйткені синустың периоды -ге тең). Осы тербелістерді қосу нәтижесінде амплитудасы екі еселенген қорытқы тербеліс пайда болады. 



Орын ауыстырудың  қорытқы тербелістері суретте көк түспен көрсетілген. Егер Dd кесіндіге бір емес, толқын ұзындықтарының кез келген бүтін саны сыйғанда да дәл сондай болады.
Егер ортаның берілген нуктесіндегі тербелістерді қоздыратын екі толқынның жол айырымы бүтін санды толқын ұзындықтарына тең болса, онда әлгі нүктедегі тербеліс амлитудасы максималъ болады


Минимумдар шарты. Енді кесіндісіне жарты толқын ұзындығы сыйғанда не болатынын көрейік. Екінші толқын біріншіден жарты периодқа кешігетіні түсінікті. Фазалар айырымы п-ге тең болып шығады, яғни тербеліс қарсы фазада өтеді. 

2-сурет

Осы тербелістердің қосылуы нәтижесінде қорытқы тербелістің амплитудасы нөлге тең де, қарастырып отырған нүктеде тербеліс жоқ. Кесіндіге кез келген тақ санды жарты толқындар сыйғанда да дәл сондай болады.
      Егер ортаның берілген нуктесіндегі тербелістерді қоздыратын екі толқын жолдарыныц айырымы тақ, санды жарты толқындарға тең болса, онда сол нүктедегі тербеліс амплитудасы минималь болады:
(1)

Егер d₂ – d₁  жол айырымы l мен l арасындағы бір аралық мәнді қабылдайтын болса, онда қорытқы тербеліс амплитудасы да екі еселенген амштитуда мен нөл арасындағы бір аралық мәнді қабылдайды. Бірақ ең маңыздысы: кез келген нүктеде тербеліс амплитудасы уақыт өтуімен өзгермейді. Су бетінде уақыт өтуімен тербелістердің амплитудалары өзгермейтін интерференциялық көрініс деп аталатын белгілі бір таралу тәртібі орнайды. 2-суретте екі көзден (кара дөңгелек) шығатын екі дөңгелек толқынның интерференциялық көрінісінін фотосуреті көрсетілген. Суреттің орта тұсындағы ақшыл орындар тербелістердің максимумдарына, ал қарайған жерлері  минимумдарына сәйкес келеді.
Когерентті толқындар:Орнықты интерференциялык, көрініс шығарып алу үшін толқын көздерінің жиіліктері бірдей болуы қажет және олардың тербеліс фазаларының айырымы тұрақты болуы тиіс.

         Осы шарттарды қанағаттандыратын көздер когерентті көздер деп аталады. Олар туғызған толқындарды да когерентті (латынның cohaereus - өзара байланысты деген сөзі) деп атайды. Когерентгі толқындар қосылғанда ғана орнықты интерференциялық көрініс пайда болады.

         Егер көздердің тербеліс фазаларының айырымы тұрақты болмаса, онда ортаның кез келген нүктесінде екі толкын қоздырған тербелістердің фазалар айырымы өзгеретін болады. Сондықтан қорытқы тербелістер амплитудасы уақыт өтуімен ілесе өзгереді. Нәтижесінде максимумдар мен минимумдар кеңістікте орын ауыстырады да, интерференциялық көрініс бұзылады.
VІ. ДК. Оқытылып отырған  оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§4.1, 4.2 дайындық сұрақтарын талдау.

1. Қандай қозғалыс толқындық қозғалыс деп аталады?
2. Толқын дегеніміз не?
3. Толқындық қозғалыстың негізгі ерекшелігі неде?
4. Толқындық бет жөнінде не білесіңдер?
5. Фазалық жылдамдық дегеніміз не?
6. Қандай құбылысты интерференция дейміз?
7. Қандай толқындар когеренттік деп аталады?
8. Қандай құбылысты дифракция дейміз?
9. Неліктен далаға қарағанда бос бөлмеде дыбыс қатты шығады?

VІІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу.

1. Есептер шығарту. 4.1.1-4.1.7, 4.2.1

VIІI.ДК. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §4.1, 4.2. Есептер шығарту. 4.1.8-4.1.12