2D波干涉模擬器 (2D Wave Interference Simulator) – 探索水波槽與干涉圖樣

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這個互動式 2D波干涉模擬器 (2D Wave Interference Simulator) 旨在幫助學生視覺化物理學中的波動現象 (Wave Phenomena)。透過這個工具，你可以清楚地觀察兩個點波源 (Point sources) 產生的圓形波如何相互疊加，形成穩定的干涉圖樣 (Interference pattern)，並理解波長、波源間距與相位差對圖樣的影響。

Wavelength | 波長
3.0cm
Separation | 間距
10.0cm
Phase | 相位差
0°
Destructive (Nodal) Intermediate Constructive (Antinodal)
Wavelength (\(\lambda\)) 波長 3.0 cm
Separation (\(d\)) 波源間距 10.0 cm
Phase Difference (\(\Delta\phi\)) 初始相位差 0°
0° (In Phase) 180° (Antiphase) 360°

如何使用 (How to Use):

  • 選擇顯示模式 (View Mode)： 切換觀察「強度熱圖 (Intensity Heatmap)」以查看穩定的干涉節線，或選擇「動態波紋 (Animated Ripples)」觀察波的實際傳遞過程。
  • 控制播放 (Play & Pause)： 在動態模式下，隨時暫停 (Pause) 模擬以仔細觀察特定瞬間的波峰與波谷分佈，或點擊播放 (Play) 恢復動畫。
  • 調整物理參數 (Physics Parameters)： 使用滑桿即時改變波長 (Wavelength, λ\lambdaλ)、波源間距 (Separation, ddd) 以及初始相位差 (Phase Difference)。
  • 觀察數據 (HUD Display)： 頂部面板會即時顯示目前的參數數值，方便進行定量分析。

觀察與討論 (Reflection / Observation):
在觀察模擬器時，請特別注意畫面中明暗相間的條紋分佈：

  • 建設性干涉 (Constructive Interference)： 當兩波的波峰與波峰（或波谷與波谷）相遇時，會產生最大振幅。在熱圖中顯示為最亮（或最極端）的區域，這些點連成的線稱為腹線 (Antinodal Lines)。
  • 破壞性干涉 (Destructive Interference)： 當一波的波峰與另一波的波谷相遇時，波幅會互相抵消。在熱圖中顯示為暗色或平靜的區域，這些點連成的線稱為節線 (Nodal Lines)。
  • 參數影響 (Parameter Effects)： 試著增加波源間距 (Separation) 或減小波長 (Wavelength)，你會發現節線的數量變多且分佈變得更密集。改變相位差 (Phase Difference) 為 180° 時，原本的中央腹線將會轉變為中央節線。
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