5.6 Interferens Gelombang
Unit ini menerangkan prinsip superposisi, corak interferens gelombang air, bunyi dan cahaya, serta hubungan λ = ax/D untuk menyelesaikan masalah dan menerangkan aplikasinya.
SP 5.6.1Menghuraikan prinsip superposisi gelombang.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menghuraikan
Murid perlu menerangkan prinsip superposisi, syarat sumber koheren dan bagaimana interferens membina serta memusnah berlaku bagi gelombang air, cahaya dan bunyi.
- IsiPrinsip superposisiHuraian
Apabila dua gelombang bertemu, sesaran paduan ialah hasil tambah sesaran setiap gelombang.
ContohPuncak 2 cm bertemu puncak 3 cm: sesaran paduan 5 cm.
- IsiSumber koherenHuraian
Dua sumber koheren mempunyai frekuensi yang sama dan beza fasa yang tetap.
ContohDua pencelup pada penggetar yang sama; dua pembesar suara pada satu Kit Penjana Audio.
- IsiInterferens membina dan memusnahHuraian
Puncak bertemu puncak atau lembangan bertemu lembangan: membina (antinod). Puncak bertemu lembangan: memusnah (nod).
ContohPuncak 3 cm bertemu lembangan 3 cm: sesaran paduan sifar.
NotaPrinsip superposisi
Prinsip superposisi menyatakan bahawa apabila dua gelombang bertemu, sesaran paduan pada sesuatu titik ialah hasil tambah sesaran setiap gelombang pada titik itu. Interferens ialah superposisi dua gelombang daripada dua sumber koheren, iaitu sumber yang mempunyai frekuensi sama dan beza fasa yang malar.
Peta buih bergandaInterferens membina berbanding interferens memusnah
SP 5.6.2Menghuraikan corak gelombang interferens:- (i) air.
- (ii) bunyi.
- (iii) cahaya.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menghuraikan
Murid perlu menerangkan corak interferens bagi (i) gelombang air, (ii) bunyi dan (iii) cahaya, serta kesan jarak pemisahan sumber dan panjang gelombang.
- Isi(i) AirHuraian
Dalam tangki riak, garis antinod (air bergelora) dan garis nod (air tenang) berselang-seli memancar dari dua pencelup.
ContohSumber dirapatkan, garis antinod menjadi lebih jarang.
- Isi(ii) BunyiHuraian
Pemerhati yang berjalan selari dengan dua pembesar suara mendengar bunyi kuat dan lemah berselang-seli.
ContohBunyi kuat pada garis antinod, lemah pada garis nod.
- Isi(iii) CahayaHuraian
Dwicelah Young menghasilkan pinggir cerah (membina) dan pinggir gelap (memusnah) berselang-seli pada skrin.
ContohCahaya merah menghasilkan pinggir lebih jarang daripada cahaya biru.
JadualCorak interferens bagi air, bunyi dan cahaya
| Gelombang | Sumber koheren | Interferens membina | Interferens memusnah |
|---|---|---|---|
| Air (tangki riak) | Dua pencelup sfera pada penggetar yang sama | Garis antinod: air bergelora kuat (jalur cerah dan gelap jelas) | Garis nod: air tenang (kelabu seragam) |
| Bunyi | Dua pembesar suara disambung pada penjana isyarat audio yang sama | Bunyi kuat | Bunyi lemah |
| Cahaya (dwicelah Young) | Cahaya monokromatik melalui dwicelah | Pinggir cerah | Pinggir gelap |
SP 5.6.3Menghubung kait λ, a, x dan D berdasarkan corak interferens gelombang.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menghubung kait
Murid perlu mengaitkan λ, a, x dan D dalam corak interferens dan memperkenalkan rumus λ = ax/D.
- IsiMaksud simbolHuraian
a = jarak antara dua sumber (celah); x = jarak antara dua antinod atau pinggir cerah berturutan; D = jarak dari sumber ke tempat x diukur; λ = panjang gelombang.
ContohDwicelah Young: a = 0.50 mm, D = 2.0 m, x = 2.4 mm.
- IsiHubunganHuraian
x = λD/a: x berkadar terus dengan λ dan D, berkadar songsang dengan a.
Contoha digandakan, x menjadi separuh; skrin dijauhkan, x bertambah.
JadualHubungan λ, a, x dan D
| Simbol | Maksud | Unit |
|---|---|---|
| λ | Panjang gelombang | m |
| a | Jarak antara dua sumber koheren (atau dua celah) | m |
| x | Jarak antara dua garis antinod (atau dua pinggir cerah) berturutan | m |
| D | Jarak serenjang dari sumber ke kedudukan x diukur | m |
NotaRumus interferens
λ = ax/D atau x = λD/a. Maka x berkadar terus dengan λ dan D, tetapi berkadar songsang dengan a. Bagi cahaya, x sangat kecil kerana λ cahaya sangat pendek (sekitar 4 × 10⁻⁷ m hingga 7 × 10⁻⁷ m).
SP 5.6.4Menyelesaikan masalah yang melibatkan interferens gelombang.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menyelesaikan
Murid perlu menggunakan λ = ax/D untuk menyelesaikan masalah interferens gelombang air, bunyi dan cahaya.
- IsiUnit seragamHuraian
Tukar semua jarak kepada unit yang sama (m) sebelum menggantikan.
Contohλ = (0.50 × 10⁻³)(2.4 × 10⁻³)/2.0 = 6.0 × 10⁻⁷ m.
- IsiGabung dengan v = fλHuraian
Selepas λ diperoleh, f atau v boleh dikira.
ContohBunyi: a = 1.5 m, x = 2.0 m, D = 10.0 m: λ = 0.30 m; v = 330 m s⁻¹ memberi f = 1100 Hz.
Peta alirContoh: dwicelah Young
- Data: a = 0.50 mm = 0.50 × 10⁻³ m, x = 2.4 mm = 2.4 × 10⁻³ m, D = 2.0 m
- Rumus: λ = ax/D
- Ganti: λ = (0.50 × 10⁻³ m)(2.4 × 10⁻³ m) / 2.0 m
- Kira: λ = 1.2 × 10⁻⁶ m² / 2.0 m
- Jawapan: λ = 6.0 × 10⁻⁷ m
Peta alirContoh: interferens bunyi
- Data: a = 1.5 m, D = 10.0 m, x = 2.0 m, laju bunyi v = 330 m s⁻¹
- λ = ax/D = (1.5 m)(2.0 m) / 10.0 m = 0.30 m
- Frekuensi: f = v/λ = 330 m s⁻¹ / 0.30 m
- Jawapan: f = 1100 Hz
SP 5.6.5Berkomunikasi untuk menerangkan aplikasi interferens gelombang dalam kehidupan harian.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Berkomunikasi
Murid perlu menerangkan aplikasi interferens gelombang dalam kehidupan harian.
- IsiCermin mata tidak memantulHuraian
Salutan nipis pada kanta menyebabkan cahaya pantulan berinterferens memusnah, mengurangkan silau.
ContohCermin mata antipantulan memberi penglihatan lebih jelas ketika memandu waktu malam.
- IsiReka bentuk teater dan dewanHuraian
Bunyi daripada pembesar suara dan pantulan dinding boleh berinterferens memusnah di sesetengah tempat; susunan kerusi dan panel dirancang supaya tiada kawasan bunyi lemah.
ContohDewan konsert meletakkan kerusi dan panel pemantul supaya semua penonton mendengar bunyi dengan jelas.
Poin utamaAplikasi interferens dalam kehidupan harian
- Salutan antipantulan pada kanta kaca mata dan kamera: interferens memusnah cahaya pantulan mengurangkan silau
- Fon kepala pembatal hingar: gelombang bunyi antifasa dihasilkan untuk interferens memusnah dengan hingar
- Haluan bebola kapal: gelombang daripada haluan bebola berinterferens memusnah dengan gelombang haluan kapal, mengurangkan rintangan air
- Warna-warni pada buih sabun dan lapisan minyak: interferens cahaya pada filem nipis
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- LAXD
- Lambda = A kali X bahagi D (λ = ax/D)
Kad imbas
- Prinsip superposisi
- Sesaran paduan = hasil tambah sesaran setiap gelombang yang bertemu
- Sumber koheren
- Frekuensi sama dan beza fasa malar
- Corak interferens cahaya dwicelah
- Pinggir cerah (membina) dan pinggir gelap (memusnah) berselang-seli
- x bertambah jika ...
- λ bertambah, D bertambah atau a berkurang
- Fon kepala pembatal hingar
- Aplikasi interferens memusnah gelombang bunyi
Semak kefahaman
Nyatakan prinsip superposisi gelombang. (SP 5.6.1)
Lihat jawapan
Apabila dua gelombang bertemu, sesaran paduan ialah hasil tambah sesaran setiap gelombang.
Nyatakan maksud antinod. (SP 5.6.2)
Lihat jawapan
Antinod ialah titik interferens membina dengan amplitud maksimum.
Tuliskan rumus yang menghubungkan λ, a, x dan D. (SP 5.6.3)
Lihat jawapan
λ = ax ÷ D.
Cahaya λ = 5.0 × 10⁻⁷ m melalui dwicelah a = 0.25 mm dan skrin pada D = 1.0 m. Hitung jarak pinggir x. (SP 5.6.4)
Lihat jawapan
x = λD ÷ a = 5.0 × 10⁻⁷ × 1.0 ÷ 0.25 × 10⁻³ = 2.0 × 10⁻³ m (2.0 mm).
Berikan satu aplikasi interferens gelombang dalam kehidupan harian. (SP 5.6.5)
Lihat jawapan
Fon kepala pembatal hingar menghasilkan gelombang bunyi berlawanan fasa untuk membatalkan hingar.
19 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Tahap Penguasaan (TP)
| TP | Tafsiran |
|---|---|
| TP1 | Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Gelombang. |
| TP2 | Memahami Gelombang serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. |
| TP3 | Mengaplikasikan pengetahuan mengenai Gelombang untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah. |
| TP4 | Menganalisis pengetahuan mengenai Gelombang dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam. |
| TP5 | Menilai pengetahuan mengenai Gelombang dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan. |
| TP6 | Mereka cipta menggunakan pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Gelombang dalam konteks penyelesaian masalah atau membuat keputusan dalam melaksanakan aktiviti/ tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat. |
Untuk guru: cadangan aktiviti mencapai TP (6)
- TP1
Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Gelombang.
Aktiviti: Murid memadankan kad 'interferens membina' dan 'interferens memusnah' dengan gambar gelombang air dan bunyi yang bertindih serta menyebut maksud superposisi. 10 minit.
Evidens PBD: Padanan kad dan sebutan maksud superposisi dicatat guru
SP disasar: 5.6.1, 5.6.2 · Latihan sepadan: aras Mengingat - TP2
Memahami Gelombang serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut.
Aktiviti: Murid menghantar dua sumber gelombang air yang selari dalam tangki riak, melukis corak interferens dan menandakan garis maksimum dan minimum serta menerangkan prinsip superposisi dengan ayat sendiri.
Evidens PBD: Rajah corak interferens berlabel dan penerangan
SP disasar: 5.6.1, 5.6.2 · Latihan sepadan: aras Memahami - TP3
Mengaplikasikan pengetahuan mengenai Gelombang untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah.
Aktiviti: Murid mengira jarak antara dua pinggir cerah λ = ax/D bagi cahaya laser yang melalui dwicelah, menggunakan a, x dan D yang diberi, serta menulis unit meter pada setiap langkah.
Evidens PBD: Pengiraan λ = ax/D berunit dalam lembaran kerja
SP disasar: 5.6.2, 5.6.3 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - TP4
Menganalisis pengetahuan mengenai Gelombang dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam.
Aktiviti: Murid menganalisis perubahan jarak pinggir x apabila a dikurangkan atau D ditambah, lalu menghubung kait λ, a, x dan D, dan mengira nilai yang tidak diketahui bagi tiga set data.
Evidens PBD: Jadual analisis hubungan dan pengiraan tiga set data
SP disasar: 5.6.2, 5.6.3, 5.6.4 · Latihan sepadan: aras Menganalisis - TP5
Menilai pengetahuan mengenai Gelombang dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan.
Aktiviti: Murid menilai penggunaan interferens bunyi dalam penyahan bunyi bising dan dalam reka bentuk dewan. Mereka menjustifikasi kedudukan pembesar suara yang mengelakkan kawasan senyap dengan pengiraan beza lintasan.
Evidens PBD: Pengiraan beza lintasan dan justifikasi kedudukan pembesar suara
SP disasar: 5.6.2, 5.6.4, 5.6.5 · Latihan sepadan: aras Menilai dan Menghayati - TP6
Mereka cipta menggunakan pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Gelombang dalam konteks penyelesaian masalah atau membuat keputusan dalam melaksanakan aktiviti/ tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat.
Aktiviti: Murid mereka bentuk eksperimen mengukur λ cahaya laser menggunakan celah buatan sendiri, merancang a, D dan cara mengukur x, melaksanakannya dan menilai ketepatan keputusan berbanding nilai yang diberi.
Evidens PBD: Laporan eksperimen dengan pengiraan λ dan penilaian ralat
SP disasar: 5.6.2, 5.6.3, 5.6.5 · Latihan sepadan: aras Mencipta
Cadangan sahaja; TP rasmi ditentukan guru melalui pertimbangan profesional (PBD). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 30 unit Fizik Tingkatan 4 untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.