Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Waves, Sound, and Physical Optics · ⁨คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ทางกายภาพ⁩

AP Physics 2 · Topic 14 · ⁨หัวข้อ 14⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
7:50

คลื่น เสียง และทัศนศาสตร์ทางกายภาพ

เป่าฟองสบู่และมองใกล้ Film is thinner than a hair and has no colour of its own, and the light falling on it is plain white light. Yet the…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

14.1

Properties of Wave Pulses and Waves · ⁨คุณสมบัติของพัลส์คลื่นและคลื่น⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.1.A: Describe the physical properties of waves and wave pulses.

  • 14.1.A.1 Waves transfer energy between two locations without transferring matter between those locations.
    • 14.1.A.1.i A wave pulse is a single disturbance that transfers energy without transferring matter between two locations.
    • 14.1.A.1.ii A wave is modeled as a continuous, periodic disturbance with well-defined wavelength and frequency.
  • 14.1.A.2 Mechanical waves or wave pulses require a medium in which to propagate. Electromagnetic waves or wave pulses do not require a medium in which to propagate.
  • 14.1.A.3 The speed at which a wave or wave pulse propagates through a medium depends on the type of wave and the properties of the medium.
    • 14.1.A.3.i The speed of all electromagnetic waves in a vacuum is a universal physical constant, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
    • 14.1.A.3.ii The speed at which a wave pulse or wave propagates along a string is dependent upon the tension in the string, $F_T$, and the mass per length of the string.
      • Equation: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
    • 14.1.A.3.iii In a given medium, the speed of sound waves increases with the temperature of the medium.
  • 14.1.A.4 In a transverse wave, the direction of the disturbance is perpendicular to the direction of propagation of the wave.
  • 14.1.A.5 In a longitudinal wave, the direction of the disturbance is parallel to the direction of propagation of the wave.
    • 14.1.A.5.i Sound waves are modeled as mechanical longitudinal waves.
    • 14.1.A.5.ii The regions of high and low pressure in a sound wave are called compressions and rarefactions, respectively.
  • 14.1.A.6 Amplitude is the maximum displacement of a wave from its equilibrium position.
    • 14.1.A.6.i The amplitude of a longitudinal pressure wave may be determined by the maximum increase or decrease in pressure from equilibrium pressure.
    • 14.1.A.6.ii The loudness of a sound increases with increasing amplitude.
    • 14.1.A.6.iii The energy carried by a wave increases with increasing amplitude.
ไทย

จุดประสงค์การเรียนรู้ 14.1.A: อธิบายคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของคลื่นและพัลส์คลื่น

  • 14.1.A.1 คลื่นถ่ายโอนพลังงานระหว่างสองตำแหน่งโดยไม่ถ่ายโอนมวลระหว่างตำแหน่งเหล่านั้น
    • 14.1.A.1.i พัลส์คลื่นคือการรบกวนครั้งเดียวที่ถ่ายโอนพลังงานโดยไม่ถ่ายโอนมวลระหว่างสองตำแหน่ง
    • 14.1.A.1.ii คลื่นถูกจำลองเป็นการรบกวนต่อเนื่องและแบบรอบ有时间ที่มีช่วงคลื่นและความถี่ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน
  • 14.1.A.2 คลื่นกลหรือพัลส์คลื่นต้องการสื่อในการแพร่กระจาย แต่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือพัลส์คลื่นไม่ต้องการสื่อในการแพร่กระจาย
  • 14.1.A.3 ความเร็วที่คลื่นหรือพัลส์คลื่นแพร่กระจายในสสารขึ้นอยู่กับประเภทของคลื่นและคุณสมบัติของสสาร
    • 14.1.A.3.i ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดในสุญญากาศเป็นค่าคงที่ทางฟิสิกส์สากล $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s
    • 14.1.A.3.ii ความเร็วที่พัลส์คลื่นหรือคลื่นแพร่กระจายตามเชือกขึ้นอยู่กับแรงตึงในเชือก $F_T$ และมวลต่อหน่วยความยาวของเชือก
      • สมการ: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
    • 14.1.A.3.iii ในสสารที่กำหนด ความเร็วของคลื่นเสียงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของสสารนั้น
  • 14.1.A.4 ในคลื่นขวาง ทิศทางการรบกวนจะตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น
  • 14.1.A.5 ในคลื่นยาว ทิศทางการรบกวนจะขนานกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น
    • 14.1.A.5.i คลื่นเสียงถูกจำลองเป็นคลื่นกลแบบยาว
    • 14.1.A.5.ii บริเวณที่มีความดันสูงและความดันต่ำในคลื่นเสียงเรียกว่าบริเวณอัดและบริเวณขยาย ตามลำดับ
  • 14.1.A.6 แอมพลิจูดคือการกระจัดสูงสุดของคลื่นจากตำแหน่งสมดุล
    • 14.1.A.6.i แอมพลิจูดของคลื่นความดันแบบยาวสามารถคำนวณได้จากผลบวกหรือผลต่างสูงสุดของความดันจากความดันสมดุล
    • 14.1.A.6.ii ความดังของเสียงจะเพิ่มขึ้นเมื่อแอมพลิจูดเพิ่มขึ้น
    • 14.1.A.6.iii พลังงานที่คลื่นพกพาจะเพิ่มขึ้นเมื่อแอมพลิจูดเพิ่มขึ้น

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

A wave 波 carries energy through a medium (or space) without carrying the matter along. A single disturbance is a pulse; a repeating one is a wave. Two types:

  • Transverse 横波: the medium moves perpendicular to the wave's travel (a wave on a rope, light).
  • Longitudinal 纵波: the medium moves along the direction of travel (sound).
ไทย
การรบกวนในถังน้ำ: เส้นทางคลื่นบวกแบบเสริมและทำลายกัน
การรบกวนในถังน้ำ: เส้นทางคลื่นบวกแบบเสริมและทำลายกัน

คลื่น นำพา พลังงาน ผ่านสสาร (หรืออวกาศ) โดยไม่ต้องพาสสารไปด้วย การรบกวนครั้งเดียวเรียกว่า พัลส์; การรบกวนซ้ำๆ คือ คลื่น. สองประเภท:

คลื่นขวาง: สสารเคลื่อนที่ในมุมฉากกับการเดินทางของคลื่น
คลื่นขวาง: สสารเคลื่อนที่ในมุมฉากกับการเดินทางของคลื่น
  • คลื่นขวาง: สสารเคลื่อนที่ตั้งฉากกับการเดินทางของคลื่น (คลื่นบนเชือก, แสง).
  • คลื่นยาว: สสารเคลื่อนที่ตามทิศทางการเดินทาง (เสียง).
Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
wave/weɪv/ คลื่น
Transverse/trænsˈvɜːs/ ตามขวาง
14.2

Periodic Waves · ⁨คลื่นเชิงรอบคาบ⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.2.A: Describe the physical properties of a periodic wave.

  • 14.2.A.1 Periodic waves have regular repetitions that can be described using period and frequency.
    • 14.2.A.1.i The period is the time for one complete oscillation of the wave.
    • 14.2.A.1.ii The frequency is the rate at which the wave repeats.
      • Equation: $T = \dfrac{1}{f}$
    • 14.2.A.1.iii The amplitude of a wave is independent of the period and the frequency of that wave.
    • 14.2.A.1.iv The energy of a wave increases with increasing frequency.
    • 14.2.A.1.v The frequency of a sound wave is related to its pitch.
    • 14.2.A.1.vi Wavelength is the distance between successive corresponding positions (such as peaks or troughs) on a wave.
  • 14.2.A.2 A sinusoidal wave can be described by equations for the displacement from equilibrium at a specific location as a function of time. A wave can also be described by an equation for the displacement from equilibrium at a specific time as a function of position.
    • Equation: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
    • Equation: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
  • 14.2.A.3 For a periodic wave, the wavelength is proportional to the wave's speed and inversely proportional to the wave's frequency.
    • Equation: $\lambda = \dfrac{v}{f}$
ไทย

จุดประสงค์การเรียนรู้ 14.2.A: อธิบายคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของคลื่นรอบเวลา

  • 14.2.A.1 คลื่นรอบเวลามีการซ้ำอย่างสม่ำเสมอซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยคาบและความถี่
    • 14.2.A.1.i คาบคือเวลาสำหรับการสั่นสะเทือนเต็มรอบหนึ่งของคลื่น
    • 14.2.A.1.ii ความถี่คืออัตราการที่คลื่นซ้ำขึ้น
      • สมการ: $T = \dfrac{1}{f}$
    • 14.2.A.1.iii แอมพลิจูดของคลื่นไม่ขึ้นอยู่กับคาบและความถี่ของคลินนั้น
    • 14.2.A.1.iv พลังงานของคลื่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น
    • 14.2.A.1.v ความถี่ของคลื่นเสียงสัมพันธ์กับความสูงของเสียง
    • 14.2.A.1.vi ช่วงคลื่นคือระยะห่างระหว่างตำแหน่งที่สอดคล้องกันที่ต่อเนื่องกัน (เช่น ยอดคลื่นหรือหุบคลื่น) บนคลื่น
  • 14.2.A.2 คลื่นไซน์สามารถอธิบายได้ด้วยสมการที่แสดงการกระจัดจากตำแหน่งสมดุล ณ ตำแหน่งเฉพาะเมื่อเทียบกับเวลา คลื่นยังสามารถอธิบายได้ด้วยสมการที่แสดงการกระจัดจากตำแหน่งสมดุล ณ เวลาเฉพาะเมื่อเทียบกับตำแหน่ง
    • สมการ: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
    • สมการ: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
  • 14.2.A.3 สำหรับคลื่นแบบเป็นคาบ ความยาวคลื่นแปรผันตรงกับความเร็วของคลื่นและแปรผกผันกับความถี่ของคลื่น
    • สมการ: $\lambda = \dfrac{v}{f}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Transverse vs longitudinal waves

A repeating wave is described by:

  • wavelength 波长 $\lambda$ (distance between repeats),
  • frequency 频率 $f$ (cycles per second) and period $T=1/f$,
  • amplitude 振幅 $A$ (maximum displacement – related to energy),
  • wave speed 波速 $v=f\lambda$, set by the medium, not the source.

Worked example. A musical note has frequency $340\ \text{Hz}$ and the speed of sound is $340\ \text{m/s}$. Its wavelength is $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. If the same note travels into water (where sound moves at $\approx 1500\ \text{m/s}$) the frequency stays $340\ \text{Hz}$ but the wavelength stretches to $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – the source sets the frequency, the medium sets the speed and hence the wavelength.

ไทย
คลื่นขวางเทียบกับคลื่นยาว

คลื่นที่ทำซ้ำได้อธิบายโดย:

กราฟการกระจัด-ระยะทางแสดงความสูงคลอนและความยาวคลื่น
กราฟการกระจัด-ระยะทางแสดงความสูงคลอนและความยาวคลื่น
  • ความยาวคลื่น $\lambda$ (ระยะห่างระหว่างจุดซ้ำ),
  • ความถี่ $f$ (รอบต่อวินาที) และ รอบคาบ $T=1/f$,
  • ความสูงคลอน $A$ (การกระจัดสูงสุด – เกี่ยวข้องกับพลังงาน),
  • ความเร็วคลื่น $v=f\lambda$, กำหนดโดย สื่อ, ไม่ใช่แหล่งกำเนิด

ตัวอย่างวิธีทำ. เสียงดนตรีมีความถี่ $340\ \text{Hz}$ และความเร็วเสียงคือ $340\ \text{m/s}$. ความยาวคลื่นของมันคือ $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. หากเสียงเดียวกันเดินทางเข้าไปในน้ำ (ซึ่งเสียงเดินทางที่ $\approx 1500\ \text{m/s}$) ความถี่จะคงที่ $340\ \text{Hz}$ แต่ความยาวคลื่นจะยืดออกไปเป็น $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – แหล่งกำเนิดกำหนดความถี่ สื่อกำหนดความเร็วดังนั้นจึงกำหนดความยาวคลื่นด้วย

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Send a periodic wave · ⁨ส่งคลื่นซ้ำ⁩

A periodic wave carries energy without moving matter. Its speed $v=f\lambda$ links frequency and wavelength; raise the frequency and the wavelength shrinks. · ⁨คลื่นซ้ำ พกพาพลังงานโดยไม่เคลื่อนย้ายสสาร ความเร็ว $v=f\lambda$ ของมันเชื่อมโยงความถี่และความยาวคลื่น; เพิ่มความถี่แล้วความยาวคลื่นจะหดตัวลง⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
Longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ แบบติดตามตัว (Longitudinal)
14.3

Boundary Behavior and Polarization · ⁨พฤติกรรมที่ขอบเขตและการโพลาไรซ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.3.A: Describe the interaction between a wave and a boundary.

  • 14.3.A.1 A wave that travels from one medium to another can be transmitted or reflected, depending on the properties of the boundary separating the two media.
    • 14.3.A.1.i A wave traveling from one medium to another (for example, a wave traveling between low-mass and high-mass strings) will result in reflected and transmitted waves.
    • 14.3.A.1.ii A reflected wave is inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave decreases.
    • 14.3.A.1.iii A reflected wave is not inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave increases.
    • 14.3.A.1.iv The frequency of a wave does not change when it travels from one medium to another.
  • 14.3.A.2 Transverse waves that are reflected from a surface, refracted through a medium, or pass through specific openings may be polarized.
    • 14.3.A.2.i Transverse waves can be polarized and oscillate in a single plane.
    • 14.3.A.2.ii Longitudinal waves cannot be polarized.
  • 14.3.A.3 Polarization of a wave may result in a reduction of the wave's intensity.
    • 14.3.A.3.i Intensity is a measure of the amount of power transferred per unit area.
    • 14.3.A.3.ii The intensity of a wave is the average power per unit area over one period of the wave.
ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 14.3.A: อธิบายปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นกับขอบเขต

  • 14.3.A.1 คลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจากสสารหนึ่งไปยังอีกสสารหนึ่ง สามารถส่งผ่านหรือสะท้อนกลับได้ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของขอบเขตที่แยกสองสสารนั้น
    • 14.3.A.1.i คลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจากสสารหนึ่งไปยังอีกสสารหนึ่ง (เช่น คลื่นที่เคลื่อนที่ระหว่างเชือกที่มีมวลน้อยและเชือกที่มีมวลมาก) จะเกิดคลื่นสะท้อนและคลื่นส่งผ่าน
    • 14.3.A.1.ii คลื่นสะท้อนจะกลับด้านหากคลื่นส่งผ่านเคลื่อนที่เข้าสู่สสารที่มีความเร็วของคลื่นลดลง
    • 14.3.A.1.iii คลื่นสะท้อนจะไม่กลับด้านหากคลื่นส่งผ่านเคลื่อนที่เข้าสู่สสารที่มีความเร็วของคลื่นเพิ่มขึ้น
    • 14.3.A.1.iv ความถี่ของคลื่นไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่จากสสารหนึ่งไปยังอีกสสารหนึ่ง
  • 14.3.A.2 คลื่นขวางที่สะท้อนจากพื้นผิว ย่อเหวี่ยงผ่านสสาร หรือผ่านช่องเปิดบางชนิด อาจเกิดการโพลาไรซ์
    • 14.3.A.2.i คลื่นขวางสามารถโพลาไรซ์ได้และสั่นในระนาบเดียว
    • 14.3.A.2.ii คลื่นยาวไม่สามารถโพลาไรซ์ได้
  • 14.3.A.3 การโพลาไรซ์ของคลื่นอาจทำให้ความเข้มของคลื่นลดลง
    • 14.3.A.3.i ความเข้มเป็นค่าวัดปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนต่อหน่วยพื้นที่
    • 14.3.A.3.ii ความเข้มของคลื่นคือกำลังเฉลี่ยต่อหน่วยพื้นที่ในช่วงหนึ่งรอบของการสั่นของคลื่น

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Total internal reflection

At a boundary a wave partly reflects and partly transmits. Reflecting off a denser medium inverts the wave; off a less-dense medium it does not. Polarization 偏振 applies to transverse waves only: a polarizer passes just one direction of oscillation, which is why polarized sunglasses cut glare.

The effect of a polarizer is measured through intensity 强度 - the average power a wave delivers per unit area over one period, in $\text{W m}^{-2}$. Because a polarizer removes the components of the oscillation that are not aligned with it, it reduces the wave's intensity: unpolarized light passing a single ideal polarizer drops to half its intensity, and a second polarizer at an angle cuts it further. Intensity also falls with distance from a source, since the same power spreads over a larger area.

ไทย
การสะท้อนภายในทั้งหมด

ที่ขอบเขต คลื่นจะ สะท้อน sebagianและ ส่งผ่าน ส่วนหนึ่ง การสะท้อนจากสื่อที่หนาแน่นกว่าทำให้คลื่น คว่ำ; จากสื่อที่หนาแน่นน้อยกว่าจะไม่ โพลาไรซ์ ใช้ได้กับคลื่นขวางเท่านั้น: ตัวกรองโพลาไรซ์ผ่านทิศทางสั่นเพียงทิศทางเดียว นี่คือเหตุผลที่แว่นกันแดดโพลาไรซ์ตัดแสงสะท้อน

ผลของตัวกรองโพลาไรซ์วัดผ่าน ความเข้ม - กำลังเฉลี่ยที่คลื่นส่งมอบ ต่อหน่วยพื้นที่ ตลอดหนึ่งรอบคาบ, ใน $\text{W m}^{-2}$. เนื่องจากตัวกรองโพลาไรซ์กำจัดองค์ประกอบการสั่นที่ไม่ตรงกับมัน มันจึง ลดความเข้มของคลื่น: แสงที่ไม่โพลาไรซ์ผ่านตัวกรองโพลาไรซ์อุดมคติตัวเดียวลดลงเหลือ ครึ่งหนึ่ง ของความเข้ม, และตัวกรองโพลาไรซ์ที่สองที่มุมหนึ่งจะตัดลงอีก ความเข้มยังลดลงตามระยะห่างจากแหล่งกำเนิด เนื่องจากกำลังเท่ากันกระจายอยู่บนพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น

คลื่นไม่โพลาไรซ์สั่นในหลายระนาบ; คลื่นโพลาไรซ์สั่นในระนาบเดียว
คลื่นไม่โพลาไรซ์สั่นในหลายระนาบ; คลื่นโพลาไรซ์สั่นในระนาบเดียว
14.4

Electromagnetic Waves · ⁨คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.4.A: Describe the properties of an electromagnetic wave.

  • 14.4.A.1 Electromagnetic waves consist of oscillating electric and magnetic fields that are mutually perpendicular.
    • 14.4.A.1.i Electromagnetic waves are transverse waves because the oscillations of the electric and magnetic fields are perpendicular to the direction of propagation.
    • 14.4.A.1.ii Electromagnetic waves are commonly assumed to be plane waves, which are characterized by planar wave fronts.
  • 14.4.A.2 Electromagnetic waves do not need a medium through which to propagate.
  • 14.4.A.3 Categories of electromagnetic waves are characterized by their wavelengths.
    • 14.4.A.3.i Categories of electromagnetic waves include (in order of decreasing wavelength, spanning a range from kilometers to picometers) radio waves, microwaves, infrared, visible, ultraviolet, X-rays, and gamma rays.
    • 14.4.A.3.ii Visible electromagnetic waves are further broken into categories of color, including (in order of decreasing wavelength) red, orange, yellow, green, blue, and violet.
    • 14.4.A.3.iii Visible electromagnetic waves are also called light. Sometimes, electromagnetic waves of all wavelengths are collectively referred to as light or electromagnetic radiation.

Boundary statement: AP Physics 2 expects students to know the ordering of the electromagnetic spectrum (including visible light). However, students will not be expected to define exact wavelength ranges within the electromagnetic spectrum.

ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 14.4.A: อธิบายคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

  • 14.4.A.1 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สั่นซึ่งกันและกันและตั้งฉากต่อกัน
    • 14.4.A.1.i คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นขวางเนื่องจากการสั่นของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย
    • 14.4.A.1.ii โดยทั่วไปถือว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นระนาบ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยหน้าคลื่นที่เป็นระนาบ
  • 14.4.A.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องมีสสารกลางในการแพร่กระจาย
  • 14.4.A.3 ประเภทต่างๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกจำแนกตามความยาวคลื่น
    • 14.4.A.3.i ประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ (เรียงตามลำดับความยาวคลื่นที่ลดลง ครอบคลุมช่วงตั้งแต่กิโลเมตรไปจนถึงพิโกเมตร) คลื่นวิทยุ, คลื่นไมโครเวฟ, อินฟราเรด, แสงที่มองเห็นได้, อัลตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา
    • 14.4.A.3.ii คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้ถูกแบ่งย่อยออกเป็นประเภทสี ได้แก่ (เรียงตามลำดับความยาวคลื่นที่ลดลง) สีแดง, สีส้ม, สีเหลือง, สีเขียว, สีน้ำเงิน และสีม่วง
    • 14.4.A.3.iii คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้นั้นเรียกกันว่าแสง บางครั้ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกความยาวคลื่นถูกเรียกรวมกันว่าแสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ข้อจำกัด: AP Physics 2要求学生知道电磁波谱的排序(包括可见光)。然而,学生不需要定义电磁波谱内确切波长范围。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

Electromagnetic waves 电磁波 are oscillating electric and magnetic fields that travel through vacuum at the speed of light $c$, needing no medium. They span the spectrum from radio to gamma rays; higher frequency means shorter wavelength and higher photon energy.

ไทย

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สั่นสะเทือนซึ่งเดินทางผ่านสุญญากาศด้วยความเร็วแสง $c$ โดยไม่ต้องใช้สื่อ它们在 spectrum ครอบคลุมตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงรังสีแกมมา; ความถี่สูงขึ้นหมายถึงความยาวคลื่นสั้นลงและพลังงานโฟตอนสูงขึ้น

สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, จากคลื่นวิทยุถึงรังสีแกมมา
สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, จากคลื่นวิทยุถึงรังสีแกมมา
14.5

The Doppler Effect · ⁨ผลดอปเปอร์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.5.A: Describe the properties of a wave based on the relative motion between the source of the wave and the observer of the wave.

  • 14.5.A.1 The Doppler effect describes the relationship between the rest frequency of a wave source, the observed frequency of the source, and the relative velocity of the source and the observer.
  • 14.5.A.2 A greater relative velocity results in a greater measured difference between the observed and rest frequencies.
    • 14.5.A.2.i For a wave source moving at the same velocity as the observer, the observed frequency is equal to the rest frequency.
    • 14.5.A.2.ii For a wave source moving toward an observer, the observed frequency is greater than the rest frequency.
    • 14.5.A.2.iii For a wave source moving away from an observer, the observed frequency is less than the rest frequency.

Boundary statement: Only qualitative treatments of the Doppler effect are required for AP Physics 2.

ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 14.5.A: อธิบายคุณสมบัติของคลื่นโดยพิจารณาจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดคลื่นและผู้สังเกตการณ์

  • 14.5.A.1 เอฟเฟกต์โดปเลอร์อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความถี่นิ่งของแหล่งกำเนิดคลื่น, ความถี่ที่สังเกตได้ และความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดและผู้สังเกตการณ์
  • 14.5.A.2 ความเร็วสัมพัทธ์ที่สูงขึ้นจะทำให้มีความแตกต่างที่วัดได้ระหว่างความถี่ที่สังเกตได้และความถี่นิ่งมากขึ้น
    • 14.5.A.2.i สำหรับแหล่งกำเนิดคลื่นที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับผู้สังเกตการณ์ ความถี่ที่สังเกตได้จะเท่ากับความถี่นิ่ง
    • 14.5.A.2.ii สำหรับแหล่งกำเนิดคลื่นที่เคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตการณ์ ความถี่ที่สังเกตได้จะมากกว่าความถี่นิ่ง
    • 14.5.A.2.iii สำหรับแหล่งกำเนิดคลื่นที่เคลื่อนที่ห่างจากผู้สังเกตการณ์ ความถี่ที่สังเกตได้จะน้อยกว่าความถี่นิ่ง

ข้อจำกัด: ใน AP Physics 2 ต้องการเพียงการอธิบายเอฟเฟกต์โดปเลอร์ในเชิงคุณภาพเท่านั้น

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
The Doppler effect

The Doppler effect 多普勒效应 is the change in observed frequency when a wave source and observer move relative to each other. Approaching $\Rightarrow$ higher frequency (shorter wavelength); receding $\Rightarrow$ lower frequency. It explains a passing siren's drop in pitch and the redshift of receding galaxies.

ไทย
ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์

ผลดอปเปอร์ คือการเปลี่ยนแปลงของความถี่ที่สังเกตได้เมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นและผู้สังเกตเคลื่อนที่สัมต่อกัน เข้าหา $\Rightarrow$ ความถี่สูงขึ้น (ความยาวคลื่นสั้นลง); ออกไป $\Rightarrow$ ความถี่ต่ำลง อธิบายเสียงไซเรนที่ผ่านไปและการเลื่อนสีแดงของกาแล็กซีที่ถอยห่าง

แหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ยับยั้งหน้าคลื่นด้านหน้า ทำให้ความถี่ที่วัดได้สูงขึ้น
แหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ยับยั้งหน้าคลื่นด้านหน้า使其ทำให้ความถี่ที่วัดได้สูงขึ้น
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Hear the Doppler shift · ⁨ได้ยินการ-shift Doppler⁩

When a source moves, waves bunch up ahead (higher frequency) and stretch behind (lower) — the Doppler effect. Speed it up to exaggerate the shift. · ⁨เมื่อแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ คลื่นจะรวมตัวกันด้านหน้า (ความถี่สูงขึ้น) และยืดออกด้านหลัง (ความถี่ต่ำลง) — ปรากฏการณ์โดปเปอร์ เพิ่มความเร็วเพื่อให้เห็นการเปลี่ยนแปลงชัดเจนขึ้น⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
Doppler effect/ˈdɒplə ɪˈfekt/ ปรากฏการณ์ดอปพลาร์
14.6

Wave Interference and Standing Waves · ⁨การรบกวนของคลื่นและคลื่นนิ่ง⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.6.A: Describe the net disturbance that occurs when two or more wave pulses or waves overlap.

  • 14.6.A.1 Wave interference is the interaction of two or more wave pulses or waves.
  • 14.6.A.2 When two or more wave pulses or waves interact with each other, they travel through each other and overlap rather than bouncing off each other.
  • 14.6.A.3 When two or more wave pulses or waves overlap, the resulting displacement can be determined by adding the individual displacements. This is called superposition.
  • 14.6.A.4 Wave interference may be constructive or destructive.
    • 14.6.A.4.i When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in the same direction, the interaction is called constructive interference.
    • 14.6.A.4.ii When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in opposite directions, the interaction is called destructive interference.
    • 14.6.A.4.iii Two or more traveling wave pulses or waves can interact in such a way as to produce amplitude variations in the resultant wave pulse or wave.
  • 14.6.A.5 Visual representations of wave pulses or waves are useful in determining the result of two interacting wave pulses or waves.
  • 14.6.A.6 Beats arise from the addition of two waves of slightly different frequency.
    • 14.6.A.6.i Waves with different frequencies are sometimes in phase and sometimes out of phase at locations along the waves, causing periodic amplitude changes in the resultant wave.
    • 14.6.A.6.ii The beat frequency is the difference in the frequencies of the two waves.
      • Equation: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
    • 14.6.A.6.iii Tuning forks are devices that are commonly used to demonstrate beat frequencies.

Learning Objective 14.6.B: Describe the properties of a standing wave.

  • 14.6.B.1 Standing waves can result from interference between two waves that are confined to a region and traveling in opposite directions.
    • 14.6.B.1.i Standing waves have nodes and antinodes. A node is a point on the standing wave where the amplitude is always zero. An antinode is a point on the standing wave where the amplitude is always at maximum.
    • 14.6.B.1.ii The possible wavelengths of a standing wave are determined by the size and boundary conditions of the region to which it is confined.
    • 14.6.B.1.iii Common regions where standing waves can form include pipes with open or closed ends, as well as strings with fixed or loose ends.
  • 14.6.B.2 A standing wave with the longest possible wavelength is called the fundamental or first harmonic. The second-longest wavelength is typically called the second harmonic, the third-longest wavelength is called the third harmonic, and so on. However, for a standing wave with a node at one end and an antinode at the other end, only odd harmonics can be established.
  • 14.6.B.3 Visual representations of standing waves are useful in determining the relationships between length of the region, wavelength, frequency, wave speed, and harmonic.
ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 14.6.A: อธิบายการรบกวนสุทธิที่เกิดขึ้นเมื่อพัลส์คลื่นหรือคลื่นสองตัวขึ้นไปซ้อนทับกัน

  • 14.6.A.1 การรบกวนของคลื่นคือการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างพัลส์คลื่นหรือคลื่นสองตัวขึ้นไป
  • 14.6.A.2 เมื่อพัลส์คลื่นหรือคลื่นสองตัวขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์กัน พวกมันจะเคลื่อนที่ผ่านกันและซ้อนทับกัน แทนที่จะเด้งกลับจากกัน
  • 14.6.A.3 เมื่อพัลส์คลื่นหรือคลื่นสองตัวขึ้นไปซ้อนทับกัน การกระจัดที่เกิดขึ้นสามารถหาได้โดยการบวกการกระจัดของแต่ละตัวเข้าด้วยกัน วิธีนี้เรียกว่าการ叠加 (superposition)
  • 14.6.A.4 การรบกวนของคลื่นอาจเป็นการเสริมกันหรือหักล้างกัน
    • 14.6.A.4.i เมื่อการกระจัดของพัลส์คลื่นหรือคลื่นที่ซ้อนทับกันอยู่ในทิศทางเดียวกัน การมีปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่าการรบกวนแบบเสริมกัน
    • 14.6.A.4.ii เมื่อการกระจัดของพัลส์คลื่นหรือคลื่นที่ซ้อนทับกันอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม การมีปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่าการรบกวนแบบหักล้างกัน
    • 14.6.A.4.iii พัลส์คลื่นหรือคลื่นที่เคลื่อนที่สองตัวขึ้นไปสามารถมีปฏิสัมพันธ์กันในลักษณะที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความสูงคลื่นในพัลส์คลื่นหรือคลื่นที่เกิดขึ้นใหม่
  • 14.6.A.5 การแสดงภาพคลื่นหรือพัลส์ของคลื่นมีประโยชน์ในการหาผลลัพธ์ของการรวมกันของพัลส์คลื่นหรือคลื่นสองชุด
  • 14.6.A.6 คลื่นเบตเกิดจากการบวกคลื่นสองคลื่นที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อยเข้าด้วยกัน
    • 14.6.A.6.i คลื่นที่มีความถี่ต่างกันบางครั้งจะอยู่ในเฟสเดียวกันและบางครั้งจะต่างเฟสกันตามตำแหน่งต่างๆ บนคลื่น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความแอมพลิจูดเป็นระยะในคลื่นรวม
    • 14.6.A.6.ii ความถี่ของคลื่นเบตคือผลต่างของความถี่ของคลื่นทั้งสอง
      • สมการ: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
    • 14.6.A.6.iii ส้อมเสียงเป็นอุปกรณ์ที่ใช้บ่อยเพื่อสาธิตความถี่ของคลื่นเบต

จุดประสงค์การเรียนรู้ 14.6.B: อธิบายคุณสมบัติของคลื่นนิ่ง

  • 14.6.B.1 คลื่นนิ่งสามารถเกิดขึ้นจากการรบกวนระหว่างคลื่นสองคลื่นที่ถูกจำกัดอยู่ในบริเวณหนึ่งและเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม
    • 14.6.B.1.i คลื่นนิ่งมีโหนดและแอนติโหนด โหนดคือจุดบนคลื่นนิ่งที่มีความแอมพลิจูดเป็นศูนย์เสมอ แอนติโหนดคือจุดบนคลื่นนิ่งที่มีความแอมพลิจูดสูงสุดเสมอ
    • 14.6.B.1.ii ความยาวคลื่นที่เป็นไปได้ของคลื่นนิ่งถูกกำหนดโดยขนาดและเงื่อนไขขอบเขตของบริเวณที่ถูกจำกัดไว้
    • 14.6.B.1.iii บริเวณทั่วไปที่คลื่นนิ่งสามารถเกิดขึ้นได้ ได้แก่ ท่อที่มีปลายเปิดหรือปิด และสายที่มีปลายยึดติดหรือหลวม
  • 14.6.B.2 คลื่นนิ่งที่มีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดเรียกว่า คลื่นพื้นฐานหรือฮาร์โมนิกที่หนึ่ง ความยาวคลื่นที่ยาวรองลงมามักเรียกว่า ฮาร์โมนิกที่สอง ความยาวคลื่นที่ยาวรองลงมาอีกคือ ฮาร์โมนิกที่สาม เป็นต้นไป อย่างไรก็ตาม สำหรับคลื่นนิ่งที่มีโหนดที่ปลายด้านหนึ่งและแอนติโหนดที่ปลายอีกด้านหนึ่ง จะสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะฮาร์โมนิกคี่เท่านั้น
  • 14.6.B.3 การแสดงภาพคลื่นนิ่งมีประโยชน์ในการหาความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของบริเวณ ความยาวคลื่น ความถี่ ความเร็วคลื่น และฮาร์โมนิก

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Standing (stationary) waves

When waves overlap they superpose (add). Constructive interference 相长干涉 (crests aligned) gives a bigger wave; destructive interference 相消干涉 (crest on trough) cancels. Two waves travelling opposite ways in a bounded medium form a standing wave 驻波 with fixed nodes 波节 (no motion) and antinodes 波腹 (maximum motion) – the basis of resonance on strings and in pipes.

Worked example. A guitar string $0.65\ \text{m}$ long is fixed at both ends. Its fundamental (first harmonic) fits half a wavelength between the ends, so $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. If waves travel along the string at $260\ \text{m/s}$, the note's frequency is $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Shortening the string (a fret) raises the pitch.

When two waves of slightly different frequency overlap, they drift in and out of step, so the combined sound swells loud and soft in a slow throb called beats 拍. The beat frequency 拍频 is simply the difference of the two frequencies:

$$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
Two tuning forks of $256\ \text{Hz}$ and $260\ \text{Hz}$ sounded together give $|260-256|=4$ beats each second; a musician tunes an instrument by slowing these beats towards zero against a reference note.

ไทย
คลื่นนิ่ง (Standing waves)

เมื่อคลื่นซ้อนทับกัน จะเกิด การ叠加 (superpose) (รวมกัน) การแทรกสอดแบบเสริม (constructive interference) (ยอดคลื่นตรงกัน) ทำให้เกิดคลื่นใหญ่ขึ้น; การแทรกสอดแบบหักล้าง (destructive interference) (ยอดคลื่นชนกับ_produk) จะหักล้างกันสองคลื่นที่เคลื่อนที่สวนกันในสื่อที่มีขอบเขตจะสร้าง คลื่นนิ่ง (standing wave) ซึ่งมี โหนด (nodes) ที่ไม่มีการเคลื่อนที่ และ แอนติโหนด (antinodes) ที่มีการเคลื่อนที่สูงสุด – ซึ่งเป็นพื้นฐานของปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ในสายและท่อ

คลื่นนิ่งเกิดขึ้นเมื่อคลื่นสองชนิดที่เคลื่อนที่สวนกันซ้อนทับกัน
คลื่นนิ่งเกิดขึ้นเมื่อคลื่นสองชนิดที่เคลื่อนที่สวนกันซ้อนทับกัน

ตัวอย่างฝึกหัด. สายกีตาร์ยาว $0.65\ \text{m}$ ติดตั้งแน่นทั้งสองด้าน โหมดพื้นฐาน (ฮาร์มอนิกแรก) ใช้ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นระหว่างปลายสาย ดังนั้น $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. หากคลื่นเดินทางตามสายด้วยความเร็ว $260\ \text{m/s}$, ความถี่ของเสียงนั้นคือ $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. การลดความยาวสาย (การกดเฟรต) จะทำให้เสียงสูงขึ้น

เมื่อคลื่นที่มีความถี่ ต่างกันเล็กน้อย ซ้อนทับกัน จะสลับเข้าและออก相位กัน ทำให้เสียงรวมกันดังและเบาเป็นจังหวะช้าๆ ที่เรียกว่า บีท (beats). ความถี่บีท คือผลต่างของความถี่ทั้งสอง:

$$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
ฟกเสียงสองตัวที่ $256\ \text{Hz}$ และ $260\ \text{Hz}$ เต้นพร้อมกันจะให้ $|260-256|=4$ บีทต่อวินาที; นักดนตรีปรับเครื่องดนตรีโดยลดความเร็วบีทเหล่านี้ให้เข้าใกล้ศูนย์เทียบกับโน้ตอ้างอิง

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Set up a standing wave · ⁨ตั้งค่าคลื่นนิ่ง⁩

Two waves travelling opposite ways interfere into a standing wave with fixed nodes and antinodes. Only certain frequencies fit, giving the harmonics. · ⁨คลื่นสองคลื่นเดินทางสวนทางกัน แทรกสอด เป็น คลื่นนิ่ง ที่มีโหนดและแอนติโหนดคงที่ ความถี่บางเพียงพอมัน fits,ให้ harmonic。⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
Constructive interference/kənˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ การแทรกสอดแบบเสริมกัน
destructive interference/dɪˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ การแทรกสอดแบบหักล้างกัน
standing wave/ˈstændɪŋ weɪv/ คลื่นนิ่ง
nodes/nəʊdz/ โหนด
antinodes/ˌæntɪˈnəʊdz/ ปม standing wave antinodes
beats/biːts/ เบต
beat frequency/biːt ˈfriːkwənsi/ ความถี่ beat frequency
14.7

Diffraction · ⁨การหักเห⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.7.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from a wave passing through a single opening.

  • 14.7.A.1 Diffraction is the spreading of a wave around the edges of an obstacle or through an opening.
  • 14.7.A.2 Diffraction is most pronounced when the size of the opening is comparable to the wavelength of the wave.
  • 14.7.A.3 Diffraction of multiple wavefronts through a single opening leads to observable interference patterns.
  • 14.7.A.4 Diffraction is commonly demonstrated by monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on a narrow opening of width $a$ that is a distance $L$ from a screen.
    • 14.7.A.4.i Constructive and destructive interference of multiple wavefronts originating from the opening will result in bright and dark bands on the screen.
    • 14.7.A.4.ii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
    • 14.7.A.4.iii The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the opening width $a$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = a\sin\theta$.
    • 14.7.A.4.iv For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $a$, and $L$ to $y_{\min}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of minimum brightness on the screen.
      • Equation: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
  • 14.7.A.5 The diffraction pattern produced by a wave passing through an opening depends on the shape of the opening.
  • 14.7.A.6 Visual representations of single-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slit and the interacting waves.
ไทย

จุดประสงค์การเรียนรู้ 14.7.A: อธิบายพฤติกรรมของคลื่นและรูปแบบการหักเหที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นผ่านช่องเปิดเดี่ยว

  • 14.7.A.1 การหักเหคือการกระจายตัวของคลื่นรอบขอบของสิ่งกีดขวางหรือผ่านช่องเปิด
  • 14.7.A.2 การหักเหจะเห็นชัดที่สุดเมื่อขนาดของช่องเปิดมีขนาดเทียบเท่ากับความยาวคลื่น
  • 14.7.A.3 การหักเหของหน้าคลื่นหลายหน้าผ่านช่องเปิดเดียวนำไปสู่รูปแบบการรบกวนที่สังเกตได้
  • 14.7.A.4 การหักเหมักสาธิตด้วยแสงสีเดียวที่มีความยาวคลื่น $\lambda$ ที่ตกกระทบช่องแคบมีความกว้าง $a$ ซึ่งอยู่ห่างจากจอ $L$
    • 14.7.A.4.i การรบกวนแบบเสริมและการรบกวนแบบหักล้างของหน้าคลื่นหลายหน้าที่เกิดจากช่องเปิดจะทำให้เกิดแถบสว่างและแถบมืดบนจอ
    • 14.7.A.4.ii ปริมาณการรบกวนระหว่างหน้าคลื่นสองหน้าขึ้นอยู่กับผลต่างของเส้นทางการเดินทาง $\Delta D$ ของหน้าคลื่นเหล่านั้น
    • 14.7.A.4.iii ผลต่างของเส้นทางการเดินทาง $\Delta D$ สามารถอธิบายได้ในเชิงของความกว้างช่องเปิด $a$ และมุม $\theta$ ระหว่างทิศทางการเดินทางของหน้าคลื่นกับแนวตั้งฉากต่อช่องเปิด โดยสมการ $\Delta D = a\sin\theta$
    • 14.7.A.4.iv สำหรับมุมเล็ก ๆ ที่ $\theta < 10°$ การประมาณมุมเล็ก small angle approximation สามารถใช้เพื่อเชื่อมโยง $\lambda$, $a$ และ $L$ กับ $y_{\min}$ ซึ่งเป็นระยะห่างจากกึ่งกลางของแถบสว่างกลางไปยัง $m^{\text{th}}$ ลำดับของความมืดบนจอ
      • สมการ: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
  • 14.7.A.5 รูปแบบการหักเหที่เกิดขึ้นจากคลื่นที่ผ่านช่องเปิดขึ้นอยู่กับรูปร่างของช่องเปิดนั้น
  • 14.7.A.6 การแสดงภาพรูปแบบการหักเหของช่องเปิดเดี่ยวมีประโยชน์ในการหาคุณสมบัติทางกายภาพของช่องเปิดและคลื่นที่รบกวนกัน

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

Diffraction 衍射 is the bending and spreading of waves around edges or through openings. The spreading is significant when the opening is comparable to the wavelength – so sound (long wavelength) bends around doorways easily, while light (tiny wavelength) needs a very narrow slit.

ไทย

การกระจาย (diffraction) คือการโค้งและการแผ่กระจายของคลื่นรอบขอบหรือผ่านช่องเปิด การแผ่กระจายจะมีนัยสำคัญเมื่อขนาดช่องเปิดเทียบเท่ากับความยาวคลื่น – ดังนั้นเสียง (ซึ่งมีความยาวคลื่นยาว) จึงโค้งผ่านประตูได้ง่าย ในขณะที่แสง (ซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นมาก) ต้องใช้ช่องแคบมากๆ

คลื่นแผ่กระจาย (diffract) เมื่อผ่านช่องว่าง
คลื่นแผ่กระจาย (diffract) เมื่อผ่านช่องว่าง
Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
Diffraction/dɪˈfrækʃn/ การเลี้ยวเบน
14.8

Double-Slit Interference and Diffraction Gratings · ⁨การแทรกสอดแบบช่องคู่และการกระจายแบบเกรตติ้ง⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.8.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from the wave passing through multiple openings.

  • 14.8.A.1 The pattern resulting from monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on two slits a distance $d$ apart is caused by a combination of wave diffraction and wave interference.
    • 14.8.A.1.i When only considering wave interference, a double slit creates a pattern of uniformly spaced maxima.
    • 14.8.A.1.ii Constructive and destructive interference of the wavefronts originating from each slit will result in bright and dark bands on the screen.
    • 14.8.A.1.iii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
    • 14.8.A.1.iv The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the slit separation $d$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = d\sin\theta$.
    • 14.8.A.1.v For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $d$, and $L$ to $y_{\max}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of maximum brightness on the screen.
      • Equation: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.8.A.1.vi When considering wave interference and wave diffraction, a double slit creates an interference pattern of maxima and minima superimposed within the envelope created by single-slit diffraction.
  • 14.8.A.2 Interference patterns produced by light interacting with a double slit indicate that light has wave properties. The source of this discovery was Young's double-slit experiment.
  • 14.8.A.3 Visual representations of double-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slits and the interacting waves.
  • 14.8.A.4 A diffraction grating is a collection of evenly spaced parallel slits or openings that produce an interference pattern that is the combination of numerous diffraction patterns superimposed on each other.
  • 14.8.A.5 When white light is incident on a diffraction grating, the center maximum is white and the higher-order maxima disperse white light into a rainbow of colors, with the longest-wavelength light (red) appearing farthest from the central maximum.
ไทย

จุดประสงค์การเรียนรู้ 14.8.A: อธิบายพฤติกรรมของคลื่นและรูปแบบการหักเหที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นผ่านช่องเปิดหลายช่อง

  • 14.8.A.1 รูปแบบที่เกิดขึ้นจากแสงสีเดียวที่มีความยาวคลื่น $\lambda$ ที่ตกกระทบช่องคู่ซึ่งห่างกัน $d$ เกิดจากการรวมกันของการหักเหและการรบกวนของคลื่น
    • 14.8.A.1.i เมื่อพิจารณาเพียงการรบกวนของคลื่น ช่องคู่จะสร้างรูปแบบของจุดสูงสุดที่เว้นระยะเท่าๆ กัน
    • 14.8.A.1.ii การรบกวนแบบเสริมและการรบกวนแบบหักล้างของหน้าคลื่นที่เกิดจากแต่ละช่องจะทำให้เกิดแถบสว่างและแถบมืดบนจอ
    • 14.8.A.1.iii ปริมาณการรบกวนระหว่างหน้าคลื่นสองหน้าขึ้นอยู่กับผลต่างของเส้นทางการเดินทาง $\Delta D$ ของหน้าคลื่นเหล่านั้น
    • 14.8.A.1.iv ผลต่างของเส้นทางการเดินทาง $\Delta D$ สามารถอธิบายได้ในเชิงของการแยกช่อง $d$ และมุม $\theta$ ระหว่างทิศทางการเดินทางของหน้าคลื่นกับแนวตั้งฉากต่อช่องเปิด โดยสมการ $\Delta D = d\sin\theta$
    • 14.8.A.1.v สำหรับมุมเล็ก ซึ่ง $\theta < 10°$ สามารถใช้การประมาณมุมเล็กเพื่อเชื่อมโยง $\lambda$, $d$ และ $L$ กับ $y_{\max}$ ซึ่งเป็นระยะทางจากกึ่งกลางของแถบสว่างตรงกลางไปยังลำดับที่ $m^{\text{th}}$ ของความเข้มสูงสุดบนจอ
      • สมการ: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.8.A.1.vi เมื่อพิจารณาทั้งการรบกวนและการหักเหของคลื่น ช่องคู่จะสร้างรูปแบบการรบกวนของจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดที่ซ้อนทับอยู่บนรูปทรงที่สร้างจากการหักเหของช่องเปิดเดี่ยว
  • 14.8.A.2 รูปแบบการรบกวนที่เกิดขึ้นจากแสงที่รบกวนกับช่องคู่บ่งชี้ว่าแสงมีสมบัติเป็นคลื่น แหล่งที่มาของการค้นพบนี้คือทดลองช่องคู่ของเยงส์
  • 14.8.A.3 การแสดงภาพรูปแบบการหักเหของช่องคู่มีประโยชน์ในการหาคุณสมบัติทางกายภาพของช่องและคลื่นที่รบกวนกัน
  • 14.8.A.4 เกรติงการรบกวน (diffraction grating) คือชุดของช่องว่างหรือช่องเปิดแบบขนานกันที่มีระยะห่างเท่ากัน ซึ่งสร้างลวดลายการรบกวนที่เป็นการรวมกันของลวดลายการรบกวนจำนวนมากซ้อนทับกัน
  • 14.8.A.5 เมื่อแสงสีขาวตกกระทบเกรติงการรบกวน แสงสว่างสูงสุดที่จุดกึ่งกลางจะเป็นสีขาว และแสงสว่างสูงสุดลำดับสูงกว่าจะกระจายแสงสีขาวออกเป็นสายรุ้ง โดยแสงที่มีความยาวคลื่น longest (สีแดง) จะปรากฏอยู่ไกลจากแสงสว่างสูงสุดที่จุดกึ่งกลางมากที่สุด

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Two-source interference

Coherent 相干 light through two closely spaced slits produces a pattern of bright and dark fringes. Bright fringes occur where the path difference is a whole number of wavelengths:

$$d\sin\theta=m\lambda.$$
A diffraction grating 衍射光栅 has many slits, giving sharp, widely spaced bright lines – useful for separating light into its wavelengths.

Worked example. Light of wavelength $600\ \text{nm}$ passes through two slits $0.20\ \text{mm}$ apart. The first bright fringe ($m=1$) sits at

$$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
The tiny angle is why the slits must be very close together and the screen far away to see the fringes clearly.

ไทย
การแทรกสอดจากแหล่งกำเนิดคู่

แสงที่เป็น โคฮีเรนต์ (coherent) ผ่านช่องแคบสองช่อง会产生แถบสว่างและมืด แถบสว่าง เกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างของระยะทางเป็นจำนวนเต็มของความยาวคลื่น:

$$d\sin\theta=m\lambda.$$
เกรตติ้งกระจาย (diffraction grating) มีช่องแคบจำนวนมาก ให้เส้นสว่างที่คมชัดและห่างกัน – มีประโยชน์ในการแยกแสงออกเป็นความยาวคลื่นต่างๆ

ช่องคู่ของYoung ให้ลวดลายการแทรกสอดของแถบสว่างและมืด
ช่องคู่ของYoung ให้ลวดลายการแทรกสอดของแถบสว่างและมืด

ตัวอย่างวิธีทำ. แสงที่มีความยาวคลื่น $600\ \text{nm}$ ผ่านช่องแคบสองช่องที่ห่างกัน $0.20\ \text{mm}$. แถบสว่างแรก ($m=1$) อยู่ที่

$$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
มุมที่เล็กนี้คือเหตุผลว่าทำไมช่องแคบต้องอยู่ใกล้กันมากและจอภาพต้องอยู่ไกลเพื่อให้เห็นแถบชัดเจน

สีรุ้งสะท้อนจากพื้นผิวของซีดี
ร่องละเอียดบนซีดีทำหน้าที่เป็นเกรตติ้งกระจาย, แยกแสงขาวออกเป็นสเปกตรัม
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Superpose two waves · ⁨叠加สองคลื่น⁩

Where two waves arrive in phase they add (bright fringe); out of phase they cancel (dark fringe). That interference makes the double-slit pattern. · ⁨เมื่อสองคลื่นมาถึงพร้อมกันแบบ ในเฟส จะบวกกัน (แถบสว่าง); ต่างเฟส จะหักล้างกัน (แถบมืด) การรบกวนนี้จึงเกิดลวดลายช่องคู่⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
Coherent/kəʊˈhɪərənt/ coherence Coherent
diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ เกรตติ้งเลี้ยวเบน
thin film/θɪn fɪlm/ ฟิล์มบาง
14.9

Thin-Film Interference · ⁨การแทรกสอดในฟิล์มบาง⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Learning Objective 14.9.A: Describe the behavior of light that interacts with a thin film.

  • 14.9.A.1 When light travels from one medium to another, some of the light is transmitted, some is reflected, and some is absorbed.
  • 14.9.A.2 The phase change of a reflected ray depends on the relative indices of refraction of the materials with which the ray interacts.
    • 14.9.A.2.i A phase change of 180 degrees occurs when a light ray is reflected from a medium with a greater index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
    • 14.9.A.2.ii No phase change occurs when a light ray is reflected from a medium with a lower index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
  • 14.9.A.3 The phase of a wave does not change when it is refracted as it passes from one medium into another.
  • 14.9.A.4 Thin-film interference occurs when light interacts with a medium whose thickness is comparable to the light's wavelength.
    • 14.9.A.4.i The interactions between the initial reflected light and the light exiting the thin film after being reflected from the second interface exhibit wave interference behavior, resulting in a single wave that is the sum of the two interacting waves.
    • 14.9.A.4.ii The amount of constructive or destructive interference between the two reflected waves depends on the relationship between the thickness of the film, the wavelength of light, any phase shifts, and the angle at which the incident light strikes the film.
  • 14.9.A.5 Practical examples of thin-film interference include the color variations seen in soap bubbles and oil films, as well as antireflection coatings.
    • 14.9.A.5.i The spectrum of colors observed in oil films and soap bubbles arises from differences in the thickness of the film.
    • 14.9.A.5.ii Antireflection coatings eliminate reflected light by applying the relationships between indices of refraction, phase shift, and wave interference to create destructive interference of the light reflected from the two surfaces of the coating.
    • 14.9.A.5.iii The simplest antireflection coating has a thickness equal to one-quarter of the wavelength of the light in the coating, and the index of refraction of the coating is greater than that of air and less than that of the surface upon which the coating is applied. This assumes incident light is normal to the surface.

Boundary statement: Quantitative analysis of thin-film interference is limited to waves that are normal to the incident surface.

ไทย

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 14.9.A: อธิบายพฤติกรรมของแสงที่กระทำกับฟิล์มบาง

  • 14.9.A.1 เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง บางส่วนจะถูกส่งผ่าน บางส่วนจะถูกสะท้อน และบางส่วนจะถูกดูดกลืน
  • 14.9.A.2 การเปลี่ยนแปลงเฟสของรังสีที่สะท้อนขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์หักเหของตัวกลางที่เกี่ยวข้องกับรังสีนั้น
    • 14.9.A.2.i เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟส 180 องศาเมื่อรังสีแสงถูกสะท้อนจากตัวกลางที่มีค่าสัมประสิทธิ์หักเหมากกว่าตัวกลางที่รังสีกำลังเดินทางอยู่
    • 14.9.A.2.ii ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟสเมื่อรังสีแสงถูกสะท้อนจากตัวกลางที่มีค่าสัมประสิทธิ์หักเหต่ำกว่าตัวกลางที่รังสีกำลังเดินทางอยู่
  • 14.9.A.3 เฟสของคลื่นไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเกิดการหักเหขณะเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง
  • 14.9.A.4 การรบกวนของฟิล์มบางเกิดขึ้นเมื่อแสงทำปฏิกิริยากับตัวกลางที่มีความหนาเทียบเคียงกับความยาวคลื่นของแสง
    • 14.9.A.4.i ปฏิกิริยาระหว่างแสงที่สะท้อนครั้งแรกและแสงที่ออกมาจากฟิล์มบางหลังจากถูกสะท้อนจากขอบเขตที่สอง แสดงพฤติกรรมการรบกวนของคลื่น ส่งผลให้เกิดคลื่นเดียวที่เป็นผลรวมของคลื่นทั้งสองที่เข้าด้วยกัน
    • 14.9.A.4.ii ระดับของการรบกวนแบบเสริมหรือลบระหว่างคลื่นที่สะท้อนทั้งสองขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างความหนาของฟิล์ม ความยาวคลื่นของแสง การเลื่อนเฟส และมุมที่แสงตกกระทบฟิล์ม
  • 14.9.A.5 ตัวอย่างการใช้งานจริงของการรบกวนของฟิล์มบาง ได้แก่ ความแตกต่างของสีที่เห็นในฟองสบู่และฟิล์มน้ำมัน รวมถึงเคลือบลดการสะท้อนแสง
    • 14.9.A.5.i สเปกตรัมสีที่สังเกตได้ในฟิล์มน้ำมันและฟองสบู่เกิดจากความแตกต่างของความหนาของฟิล์ม
    • 14.9.A.5.ii เคลือบลดการสะท้อนแสงขจัดแสงสะท้อนโดยการประยุกต์ใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสัมประสิทธิ์หักเห การเลื่อนเฟส และการรบกวนของคลื่น เพื่อสร้างการรบกวนแบบลบของแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวทั้งสองของเคลือบ
    • 14.9.A.5.iii เคลือบลดการสะท้อนแสงที่ง่ายที่สุดมีความหนาเท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นของแสงภายในเคลือบ และมีค่าสัมประสิทธิ์หักเหมากกว่าอากาศแต่น้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์หักเหของพื้นผิวที่เคลือบวางอยู่บนนี้ ซึ่งสมมติว่าแสงตกตั้งฉากกับพื้นผิว

คำจำกัดความ: การวิเคราะห์เชิงปริมาณของการรบกวนของฟิล์มบางจำกัดอยู่ที่คลื่นที่ตกตั้งฉากกับพื้นผิวตกกระทบ

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

Light reflecting off the top and bottom of a thin film 薄膜 (soap bubble, oil slick) interferes with itself. Depending on the film's thickness and a possible half-wavelength phase flip on reflection off a denser medium, particular wavelengths interfere constructively – producing the shifting colours you see.

The same physics is put to work in an antireflection coating 增透膜 on camera lenses, glasses, and solar cells: a thin transparent layer whose two reflected waves interfere destructively, so almost no light reflects and more is transmitted. The simplest coating is one quarter of a wavelength thick (measured in the coating), and its refractive index sits between that of air and the glass beneath, so the reflected light cancels itself out.

ไทย

แสงที่สะท้อนจากด้านบนและด้านล่างของ ฟิล์มบาง (ฟองสบู่, น้ำมันลอย) จะแทรกสอดกันเอง ขึ้นอยู่กับความหนาของฟิล์มและการพลิกเฟสครึ่งความยาวคลื่น可能的เมื่อสะท้อนจากสื่อที่หนาแน่นกว่า, ความยาวคลื่นเฉพาะบางชนิดจะแทรกสอดแบบเสริม – ทำให้เห็นสีเปลี่ยนไปที่คุณมองเห็น

ฟิสิกส์เดียวกันนี้ถูกนำไปใช้กับ เคลือบลดการสะท้อน (antireflection coating) บนเลนส์กล้อง แว่นตา และเซลล์แสงอาทิตย์: ชั้นโปร่งใสบางwhose สองคลื่นที่สะท้อนจะแทรกสอดแบบ หักล้าง, sehingga fgets almost no light reflects and more is transmitted. การเคลือบที่ง่ายที่สุดคือชั้นที่มีความหนา หนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น (วัดในชั้นเคลือบ), และค่าดัชนีหักเหของมันอยู่ ระหว่าง ของอากาศและแก้วด้านล่าง, so the reflected light cancels itself out.

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
antireflection coating/ˌæntɪrɪˈflekʃn ˈkəʊtɪŋ/ เคลือบลดการสะท้อนแสง
14.9

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • Use $v=f\lambda$; the source sets the frequency, and when a wave enters a new medium the frequency stays fixed while the speed and wavelength change.
  • Distinguish transverse (vibration perpendicular, can be polarised) from longitudinal (vibration along the travel, e.g. sound).
  • Constructive interference needs a path difference of a whole number of wavelengths; destructive needs a half-odd number.
  • On a string fixed at both ends the fundamental fits half a wavelength ($\lambda=2L$).
  • Diffraction is significant only when the gap is comparable to the wavelength — sound bends round doorways, light needs a very narrow slit.
  • Beats: two waves of slightly different frequency throb at $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (e.g. two tuning forks; tuning to zero beats).
  • An antireflection coating is a quarter-wavelength-thick layer (index between air and glass) whose two reflections cancel, cutting the reflected light.
ไทย
  • ใช้ $v=f\lambda$; แหล่งกำเนิดกำหนดความถี่, และเมื่อคลื่นเข้าสู่สื่อใหม่ ความถี่จะคงที่ในขณะที่ความเร็วและความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลง.
  • แยก แบบขวาง (transverse, การสั่นตั้งฉาก, สามารถโพลาไรซ์ได้) จาก แบบยาว (longitudinal, การสั่นตามแนวการเดินทาง, เช่น เสียง).
  • การแทรกสอดแบบเสริม ต้องการความแตกต่างของระยะทางเป็นจำนวนเต็มของความยาวคลื่น; การแทรกสอดแบบหักล้าง ต้องการจำนวนคี่ครึ่งของความยาวคลื่น.
  • ในสายที่ยึดติดทั้งสองด้าน ฮาร์มอนิกพื้นฐานพอดีกับ ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ($\lambda=2L$).
  • การกระจาย (diffraction) จะมีนัยสำคัญก็ต่อเมื่อช่องว่างเทียบเท่ากับความยาวคลื่น – เสียงโค้งผ่านประตู, แสงต้องใช้ช่องแคบมากๆ
  • บีท: คลื่นสองชนิดที่มี ความถี่ต่างกันเล็กน้อย สั่นเป็นจังหวะที่ $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (เช่น ฟกเสียงสองตัว; ปรับเสียงให้เหลือศูนย์บีท).
  • เคลือบลดการสะท้อน เป็นชั้นที่มีความหนาหนึ่ง-fourth-of-a-wavelength (diameter between air and glass) whose two reflections cancel, cutting the reflected light.
Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
wavelength/ˈweɪvleŋθ/ ความยาวคลื่น
frequency/ˈfriːkwənsi/ ความถี่
amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ แอมพลิจูด
wave speed/weɪv spiːd/ ความเร็วคลื่น
Polarization/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ การโพลาไรซ์
intensity/ɪnˈtensɪti/ ความเข้ม
Electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in AP Physics 2 · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน AP Physics 2⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP