by 
Πείραμα 1
Στο Σχήμα 1(α) παριστάνεται η συμβολή δύο κυμάτων φωτός που προέρχονται από δύο σημειακές πηγές ίδιας φάσης και συχνότητας. Τα κύματα φθάνουν σε μια οθόνη (Σχήμα 1(β)) και δημιουργούνται διαδοχικά φωτεινές και σκοτεινές περιοχές. Αυτές οι περιοχές αντιστοιχούν διαδοχικά σε ενισχυτική και καταστροφική συμβολή των κυμάτων του φωτός.
Διαθέτοντας μόνο ένα όργανο μέτρησης του μήκους, πώς μπορούμε να υπολογίσουμε το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπουν οι πηγές; Να τεκμηριώσετε την απάντησή σας.
Πείραμα 2
Ελαττώνοντας πάρα πολύ την ένταση του φωτός των πηγών που αναφέρθηκαν στο 1ο Πείραμα, παρατηρούμε ότι το φως δεν απλώνεται ομοιόμορφα σε κάθε φωτισμένη περιοχή της οθόνης (Σχ. 2 και σε μεγέθυνση Σχ. 3). Αντιθέτως, παρατηρούμε ότι οι φωτισμένες περιοχές αποτελούνται από διακριτά μεταξύ τους φωτεινά στίγματα. (Στο 1ο Πείραμα, επειδή η ένταση του φωτός ήταν πολύ μεγάλη, υπήρχαν πάρα πολλά φωτεινά στίγματα, πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Γι’ αυτό φαινόταν ότι το φως απλώνεται σε όλη την φωτισμένη περιοχή.)
(α) Σε τι αντιστοιχεί καθένα από αυτά τα φωτεινά στίγματα;
(β) Διαθέτοντας μόνο ένα όργανο μέτρησης του μήκους και έναν πίνακα με όλες τις φυσικές σταθερές, πώς μπορούμε να υπολογίσουμε την ενέργεια του φωτός που υπάρχει σε κάθε στίγμα? Να τεκμηριώσετε την απάντησή σας.
Απαντήσεις
Πείραμα 1
Το σημείο Σ που φαίνεται στο σχήμα Σχήμα είναι σημείο ενισχυτικής συμβολής για το οποίο ισχύει: r1-r2 = λ, όπου r1 και r2 είναι οι αποστάσεις του σημείου από τις δύο πηγές και λ το μήκος κύματος του φωτός. Άρα, χρησιμοποιώντας το όργανο μέτρησης του μήκους που διαθέτουμε, μπορούμε να μετρήσουμε τις δύο αποστάσεις και να υπολογίσουμε το μήκος κύματος.
Πείραμα 2
(α) Το φως, ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα, μεταφέρει ενέργεια. Ο Einstein επεκτείνοντας τις απόψεις του Planck, υπέθεσε ότι το φως αποτελείται από μικρά πακέτα ενέργειας, που ονομάζονται κβάντα φωτός ή φωτόνια. Άρα κάθε φωτεινό στίγμα δημιουργείται από ένα φωτόνιο.
(β) Η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι: E=hf => Ε=hc/λ. Συνεπώς υπολογίζοντας το μήκος κύματος, με τον τρόπο που περιγράψαμε στο 1ο πείραμα και χρησιμοποιώντας τις τιμές των φυσικών σταθερών c και h, μπορούμε να υπολογίσουμε την ενέργεια κάθε στίγματος.
Το πείραμα που περιγράφεται στην παρούσα ανάρτηση έχει πραγματοποιηθεί και η αντίστοιχη δημοσίευση υπάρχει εδώ: Video recording true single-photon double-slit interference | American Journal of Physics | AIP Publishing
Καλημέρα Ανδρέα.
Είναι όμορφο.
Το βλέπω περισσότερο σε θέση Β΄ θέματος.
Έχοντας φύγει από το σχολείο δεν είμαι τόσο εξοικειωμένος με όσα γίνονται στην τάξη.
Όταν ήμουν έδειχνα το βίντεο “Το πείραμα διπλής σχισμής”. Στα πλαίσια της Γενικής Παιδείας και ως “ειρήσθω εν παρόδω”. Μάλλον θα κάνουν το ίδιο και πολλοί άλλοι συνάδελφοι. Είναι στην κουλτούρα της διδασκόμενης και εξεταζόμενης ύλης;
Πιστεύω φυσικά πως είναι σημαντικό θέμα.
Καλησπέρα Ανδρέα, καλησπέρα Γιάννη.
Ανδρέα είναι ένα ωραίο Β θέμα προς την σωστή, κατ’ εμέ, κατεύθυνση. Θα άλλαζα μόνον το δεύτερο πείραμα, αφήνοντας την ερώτηση για την ενέργεια ενός φωτονίου.
Δυστυχώς εκτός πνεύματος με την σημερινή κατασταση.
Γιάννη δεν είναι στην κουλτούρα της διδασκόμενης ύλης οι αποδείξεις του σχολικού, θα ήταν το πείραμα της διπλής σχισμής…
Καλημέρα Στάθη.
Ωραία η πικρόχολη πλάκα. Πλάκα που καταλαβαίνω έχοντας διαβάσει θέση σου στο “Φυσική Λυκείου – Μεθοδική Φυσική”.
Καλησπέρα παιδιά
Να διαφωνήσω με μια έκφραση και μια μικρή ιστορία.Το κάνω αυτό διότι αρχίζουμε και βλέπουμε πειραματικά θέματα δήθεν στις πανελλήνιες,οπότε φοβάμαι ότι αυτός ο ….εκσυγχρονισμός θα εδραιωθεί.
Φοβού λοιπόν τους πειραματιστάς και δώρα φέροντας. Και δεν εννοώ τον Βαγγέλη και τον Πάνο που εκτιμώ απεριόριστα την δουλειά τους
Ειλικρινά δεν αντιλαμβάνομαι τι αξιολογούμε μετρώντας ένα λ και αντικαθιστώντας σε μια σχεσούλα.
Την χρονιά που είχε εισαχθεί στα σχολεία το εύηχο πρότζεκτ που μετέτρεψε σε μια νύκτα όλα τα ελληνόπουλα σε μικρούς διερευνητές είχε έρθει στο λύκειο νέος φυσικός. Είχε την άποψη ότι
κάνουμε παρατήρηση, θέτουμε ερωτήματα , σχεδιάζουμε πείραμα , κάνουμε μετρήσεις και τέλος πάντων μετά από όλα αυτά τα βασανιστήρια οι μικροί είναι έτοιμοι πλέον να ανακαλύψουν μόνοι τους νόμους της φύσης.
Στην Α λυκείου οι ατυχείς πειραματιστές μετρούσαν αποστάσεις από κουκίδες με την ευγενή φιλοδοξία να ανακαλύψουν τις εννοιες μέση, στιγμιαία, ταχύτητα επιτάχυνση , εξισώσεις κίνησης και τους νόμους του Νευτωνα σε αεροτράπεζες.
Στην Β φούσκωναν και ξεφούσκωναν μπάλες αλλά και εκεί οι μετρήσεις δεν καθόντουσαν καθόλου καλά.
Μια μέρα μια ομάδα υποψιασμένων μαθητών με ρώτησε.
Κύριε ο Boyle είχε δίκιο ήηη…
Παιδιά μην έχετε εμπιστοσύνη στις μπάλες, μόνο στον Μπόιλ.
Τέλος πάντων στο τέλος για να γράψουν κάτι βάλαμε ασκησούλες απλής αντικατάστασης.
Εδώ αναφέρεται: “Ειλικρινά δεν αντιλαμβάνομαι τι αξιολογούμε μετρώντας ένα λ και αντικαθιστώντας σε μια σχεσούλα”
Στην ανάρτηση δεν αναφέρεται η μέτρηση κάποιου λ, διότι δεν μπορούμε να μετρήσουμε το μήκος κύματος του φωτός. Με αυτό τον τρόπο λοιπόν αξιολογείται αν οι μαθητές έχουν αντιληφθεί αυτό το γεγονός.
Επίσης στο ίδιο σχόλιο η ιστορία που περιγράφεται δεν έχει οποιαδήποτε σχέση με την παρούσα ανάρτηση: Εδώ μια απλή μέτρηση δύο μηκών βοηθά στη κατανόηση της κυματικής συμπεριφοράς του φωτός.
Το ότι δεν μετράμε άμεσα το λ το είχα καταλάβει αν και δύσκολο. Επειδή δεν έχω την γνώση να διαγράψω τα σχόλια μου θέλω να καλέσω τον Αποστόλη ή τον Διονύση να τα διαγράψουν άμεσα
Γιώργο το υπόλοιπο σχόλιο είναι πολύ ουσιαστικό.
Το λ και η μέτρησή του είναι παρωνυχίδα.
Δεν θα το διέγραφα.
Τη μόνη διόρθωση που θα έκανα στο σχόλιό σου θα ήταν να μετατρέψω το:
Φοβού λοιπόν τους πειραματιστάς και δώρα φέροντας.
σε
Φοβού λοιπόν τους πειραματικούς και δώρα φέροντας.
Επειδή η επανάληψη κάνει καλό, άλλη μια φορά κείμενο του Ανδρέα:
ΔΥΟ ΗΜΙΔΙΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΡΕΥΜΑΤΑ
Ήταν –κατά μία εκτίμηση- μία τριετία σύγκρουσης δύο βασικών ιδεών για τη διδασκαλία των επιστημών και των αντίστοιχων ημιδιαμορφωμένων ρευμάτων.
Στη μία όχθη, μία μεγάλη ομάδα εμπειριοκρατών που είχε ως λάβαρο το «Η Φυσική στην Ελλάδα διδάσκεται χωρίς πειράματα. Πρέπει να κάνουμε πειράματα.».
Από τα πορίσματα της σύγχρονης διδακτικής των Επιστημών «έβλεπε» μόνο ότι μιλούσε για διδασκαλία με πειράματα και πρότεινε τη διεξαγωγή πειραμάτων ως πανάκεια για τη λύση των συσσωρευμένων προβλημάτων.
Μάλιστα οι πιο ακραίοι από αυτούς όταν άκουγαν για Διδακτική ή για Φιλοσοφία γίνονταν επιθετικοί.
Στην αντίπερα όχθη «εμείς», όσοι δηλαδή είμαστε φορείς της αντίληψης ΤΩΝ ΔΥΟ ΟΡΥΧΕΙΩΝ, όσοι μοιραζόμαστε την άποψη ότι η σύνταξη ενός Προγράμματος Σπουδών είναι μια συνθετότερη διαδικασία στην οποία πρέπει να συμμετέχουν οι φιλόσοφοι της εκπαίδευσης, οι επιστημολόγοι, οι γνωσιοθεωρητικοί, οι παιδαγωγοί, οι ειδικοί ερευνητές της Διδακτικής των επιστημών, οι ερευνητές φυσικοί και οι «μαχόμενοι» εκπαιδευτικοί και ότι η Ιστορία και η Φιλοσοφία της επιστήμης μπορεί να εμπλουτίσουν τον προβληματισμό για τη διδασκαλία των επιστημών, όσοι έχουμε την πεποίθηση ότι «η διδασκαλία με εργαστηριακή υποστήριξη είναι μια πολύ σοβαρή υπόθεση για να την αφήσουμε στη δικαιοδοσία των πάσης φύσεως εμπειριοκρατών»
Ανδρέα Καλησπέρα
Καταλαβαίνω το πνεύμα του θέματος και συμφωνώ ως προς την χρησιμότητα τέτοιων θεμάτων αλλά …
αλλά με μπέρδεψες .
Τελικά μόνο μεγαλώσαμε το μήκος κύματος μονοχρωματικής ακτινοβολίας ή βάλαμε από το παράθυρο και την αβεβαιότητα του εύρους Δλ και μάλιστα διακριτών τιμών που αντιστοιχούν σε πολλαπλάσια ποσότητας που σχετίζεται με το εύρος των οπών
Περίμενα και μια διευκρίνιση γιατί η κυματική εικόνα του 1ου πειράματος ομοιάζει με αυτήν που θα ελάμβανα με συμβολή μονοχρωματικών κυμάτων που διδάσκουμε στο κεφάλιο κύματα ενώ στην εικόνα του δεύτερου πειράματος φαίνεται να έχουμε μήκη κύματος διαφορετικά.
Πιστεύεις ότι οι μαθητές μπορούν να σκεφτούν για εύρος Δλ και να το διαχειριστούν με βάση το βιβλίο.
Επειδή για το πείραμα της διπλής σχισμής έχουν γραφτεί τόμοι προσωπικά είμαι πολύ επιφυλακτικόςκτικός να επικροτήσω τέτοια θέματα…
Εκτός κι αν σκέφτομαι λάθος πάλι.
Kαλησπέρα Γιάννη.
Σε καμιά περίπτωση δεν ήθελα να προσβάλω τον Ανδρέα.
Έχω εμπιστοσύνη στην κρίση σου.
Ας μην διαγραφεί λοιπόν
Ανδρέα τώρα το ξανείδα.
όντως έκανα λάθος .Συγνώμη
Άλλαξες μονο την ροή όχι το μήκος κύματος.
Εύλογες οι απαντήσεις που περιμένεις από μαθητές.
(αν και μου είναι αχώνευτες οι εκφράσεις περί διττής φύσης )
Παραμένω διστακτικός για τέτοια θέματα … Έχει δοκιμαστεί σε φοιτητές φυσικών τμημάτων ;
Πολύ ωραίο! Νομίζω οτι θα ήταν εξαιρετικό για Β θέμα με κάποια αναδιατύπωση.
(Λείπει το ελατήριο, η ράβδος , το μαγνητικό πεδίο και η τροχαλία από την “εξίσωση” βλέπετε για να το κάναμε Δ..)