นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 193 มีนาคม - เมษายน 2558

5 / 62

ตัวอย่างผลการอภิปราย อะตอมจะดูดกลืนพลังงานของ
อนุภาคของแสง หรือ โฟตอน เมื่อโฟตอนนั้นมีพลังงานที่
เหมาะสม ซึ่งในที่นี้ พลังงานที่เหมาะสมคือพลังงานที่มีค่าเท่ากับ
ความต่างของระดับพลังงานที่ 2 กับระดับพลังงานที่สถานะพื้น
และเมื่ออะตอมดูดกลืนโฟตอนไว้แล้ว จะอยู่ในสภาวะถูกกระตุ้น
ในเวลาสั้น ๆ ก่อนจะปล่อยโฟตอนที่มีความถี่เท่ากับโฟตอนที่
ดูดกลืนเข้าไปออกมา เพื่อกลับเข้าสู่สถานะพื้นฐานระดับพลังงาน
ของอะตอมมีความสัมพันธ์กับสีและพลังงานของแสงเลเซอร์
ถัดมา ให้ผู้เรียนศึกษาตัวแปรต่าง ๆ ที่อยู่ในด้านขวามือของ
โปรแกรม (30 นาที) โดยเริ่มจากให้ผู้เรียนคลิกที่ขีดของระดับ
พลังงานที่ 2 แล้วลากขึ้นหรือลง แล้วปล่อย ให้ผู้เรียนสังเกต
สิ่งที่เกิดขึ้น จากนั้น ให้ผู้เรียนพยายามปรับสีของโฟตอนที่ปล่อย
ออกมาจากโคมไฟให้ตรงกับสีของระดับพลังงานที่ 2 ของอะตอม
สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้น
ตัวอย่างผลการอภิปราย เมื่อชั่วชีวิตของระดับพลังงานมากขึ้น
(ปรับเข็มชี้ไปด้ านขวามือ) อะตอมจะใช้ เวลามากขึ้นใน
การกลับสู่สถานะพื้นฐาน และโฟตออนที่ถูกปล่อยออกมาจาก
อะตอมจะมีทิศทางไม่แน่นอน เมื่อชั่วชีวิตสั้นลง (ปรับเข็มชี้ไป
ทางซ้ายมือ) อะตอมจะกลับสู่สถานะพื้นฐานได้เร็วขึ้น และ
โฟตอนที่ปล่อยออกมา จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต่างจาก
โฟตอนที่ถูกดูดกลืนเข้าไปมากยิ่งขึ้น
ต่ อมา ให้ ผู้ เรียนลองคลิกที่ช่ องสี่เหลี่ยมหน้ าค� ำว่ า
Enable mirrors เพื่อติดตั้งกระจกในกรอบรูปทรงกระบอก โดย
ให้คงค่าสัดส่วนการสะท้อนแสง (Mirror Reflectivity) ไว้ที่
100 % จากนั้น ให้ผู้เรียนสังเกตและอภิปรายกับสมาชิกในกลุ่ม
ถึงสิ่งที่แอนิเมชันแสดง
ตัวอย่างผลการอภิปราย เมื่อมีกระจก โคมไฟจะดับลง
เปรียบเสมือนว่า แสงไม่สามารถผ่านด้านหลังของกระจกได้ ส่วน
โฟตอนที่เหลืออยู่ในกรอบรูปทรงกระบอก จะสะท้อนกลับไป
กลับมา ในทิศทางต่าง ๆ และในที่สุด โฟตอนจะเคลื่อนที่ออกไป
จากกรอบรูปทรงกระบอก จนไม่มีโฟตอนเหลืออยู่เลย ดังนั้น
การไม่มีแสงเข้ามากระตุ้นอะตอมอย่างต่อเนื่องจะไม่สามารถ
ท�ำให้เกิดแสงเลเซอร์ได้
ผู้สอนอาจให้ความรู้เพิ่มเติมว่า ส่วนของรูปทรงกระบอกที่มี
กระจกติดอยู่ที่ปลายทั้งสองด้านเรียกว่า “โพรงเรโซแนนต์
(resonant cavity)” หรือ “โพรงเลเซอร์” (laser cavity)
หลังจากผู้เรียนได้สังเกตผลที่เกิดจากการติดตั้งกระจกแล้ว
ให้ลองน�ำกระจกออกจากโพรงเลเซอร์ โดยคลิกช่องหน้าค�ำว่า
Enable mirrors อีกครั้ง จากนั้นให้เปลี่ยน จ�ำนวนระดับพลังงาน
จาก 2 เป็น 3 โดยคลิกที่วงกลมหน้าค�ำว่า “Three” ในกรอบ
สี่เหลี่ยมที่มีค�ำว่า Energy Levels ซึ่งโปรแกรมจะแสดงโคมไฟ
2 โคม โดยโคมไฟด้านข้างโพรงเลเซอร์ ให้โฟตอนที่เคลื่อนที่ใน
แนวเดียวกับแกนของโพรง ส่วนอีกโคมให้โฟตอนที่เคลื่อนที่
ในแนวตั้งฉากกับแกนของโพรง ดังภาพที่ 4
ผู้สอนอาจให้ผู้เรียนลองปรับระดับพลังงานที่ 2 ไปที่ระดับ
ต่าง ๆ และลองปรับสีของโฟตอนอีก จนได้โฟตอนที่ปลดปล่อย
ออกมาจากอะตอม 7 สี (แดง แสด เหลือง เขียว น�้ำเงิน และ
ม่วง) จากนั้นให้ผู้เรียนอภิปรายถึงสิ่งที่เกิดขึ้น และ อภิปราย
เกี่ยวกับความสัมพันธ์ ของลักษณะของแสง เลเซอร์ กับ
กระบวนการที่ใช้สร้างแสงเลเซอร์ที่แสดงในแอนิเมชัน
ผู้สอนให้ความรู้เพิ่มเติมกับผู้เรียนว่า อะตอมที่อยู่ในสภาวะ
กระตุ้นมีการปล่อยโฟตอนออกมาโดยธรรมชาติ เพื่อกลับเข้าสู่
สถานะพื้นฐานเรียกว่า “การปล่อยที่เกิดเอง” (spontaneous
emission)
เมื่อผู้เรียนได้ลองจัดให้อะตอมมีการปล่อยอนุภาคแสงสีใด
สีหนึ่งแล้ว ให้ผู้เรียนลองปรับค่า ชั่วชีวิต ซึ่งเป็นแถบที่อยู่ติด
กับเส้ นของระดับพลังงาน จากนั้นให้ ผู้ เรียนอภิปราย
สิ่งที่สังเกตได้กับสมาชิกในกลุ่ม
ภาพที่ 4 โปรแกรม PhET Simulator แสดงโคมไฟ 2 โคม ส�ำหรับอะตอมที่มีระดับ
พลังงาน 3 ระดับ
(ที่มา: PhET Interactive Simulations, University of Colorado, http://phet.
ภาพที่ 3 โปรแกรม PhET Simulator แสดงผลจากการเปลี่ยนระดับพลังงานที่อยู่ใน
กรอบด้านขวามือบน
(ที่มา: PhET Interactive Simulations, University of Colorado, http://phet.
ปีที่ 43 ฉบับที่ 193 มีนาคม - เมษายน 2558
5