波动学波动的特性.DOC

波動學 [波動的特性] 波動的特性： 由振動所產生的擾動會傳遞能量，不會傳遞物質。 波的四種特性： 1. 反射 2. 折射 3. 繞射 4. 干涉 波動學 [波動學的名詞] 振幅 (A) 質點與平衡位置之間的最大位移 週期 (T) 波動重覆振動所需的時間 頻率 (f) 每秒鐘產生的波動的數目 波長 (λ) 波動重覆其波形的最短距離 波速 (v) 單位時間內波動傳播的距離 波動學 [橫波和縱波] 橫波： 質點的振動方向垂直於波動的傳播方向 (例如：光波)。 縱波： 質點的振動方向平行於波動的傳播方向 (例如：聲波)。 波動學 [一些關係線圖] 位移-距離關係線圖： 由上圖可得知，波長(A)及振幅(λ)。 質點1和5是同相的，因為它們振動一致。 質點3和5是反相的。 位移-時間關係線圖： 由上圖得知週期 (T) 和振幅 (A)。 波動學 [質點的活動方向、公式] 下圖展示了一波動在兩不同時間的形狀，假設運動方向是由左至右，而虛線是下一刻波動的形狀。質點A , B和C的移動是怎樣？ A: 向下移動 B: 瞬間靜止 (正改變方向) C: 向上移動 公式： 單位：赫茲 (Hz) 波動學 [電磁波] 電磁波在真空中的速率 = 3 × 108 ms–1 光是橫波，是電磁波的一種。 波動學 [反射] 反射定律： 1. 入射角i等於反射角r； 2. 入射、反射線和法線於同一平面上。 波動學 [折射] 折射定律 (斯涅耳定律)： ( n稱為介質的折射率) 當光線進入密度較高的介質時，光折向法線。 水波從深水區進入淺水區時會折向法線，是由於波長變短使得波速減慢而造成的。 波動學 [臨界角、全內反射] 臨界角 c 的定義： 此定義只對於在真空(或空氣)與另一種介質之間發生的折射才成立。 全內反射： 只發生於當光線從光密介質進入光疏介質，而入射角大於臨界時，光線就會被介面完全反射。 波動學 [透鏡的成像] 基本特性： 通過光心的入射線是不會折射的。(只適用於薄透鏡) 平行於主軸的入射線是會偏折，偏折後反射線跟焦點能連一直線。 波動學 [透鏡的成像] 基本特性： 通過焦點的入射線會偏折並平行於主軸。 4. 凸透鏡 凹透鏡 成像 實像、虛像 虛像 光線折射 光線會聚於一點 光線發散 正立 / 倒立 倒立、正立 正立 波動學 [放大率、繞射] 繞射： 波動的偏折程度取決於狹縫相對於波長的大小。若狹縫的大小跟波長相近，那麼繞射的幅度將會很大。 波動學 [繞射] 若狹縫比波長大許多，則繞射的幅度較低。 繞射在障礙物的角發生。 波動學 [干涉] 當兩個波動 ( 具有相同頻率及相距不太遠 ) 相遇時就會發生干涉現象。 腹線：1. 相長干涉 2. 程差 = nλ 其中n為整數。 節線：1. 相消干涉 2. 程差 = λ 其中n為整數。 波動學 [程差、腹線和節線的距離變化] 計算於某點P的程差 (Δ)： Δ = PS1 – PS2 = = 2.28 cm 腹線和節線之間的距離在下列的情況下會增大： 1. 波源的距離 (S1S2) 減小； 2. 波長 (λ) 增大。 波動學 [光的干涉] 光的干涉： (楊氏雙縫實驗) 由於光的波長很短，縫寬必須要很小，干涉現象才可觀察到。 在黑房中，將一單色光源 (裝有單縫光閘)、雙縫隔片和屏幕如下圖擺放： 波動學 [聲音] 1. 聲波是一種縱波，需要介質傳播，不能在真空中傳播。 2. 人的聽頻聲音是頻率介乎約20Hz至20kHz之間的聲波，高於20kHz的聲波屬超聲波。 3. 音調是音波頻率的大小，音頻越大，音調越高。 4. 響度是取決於振幅的大小，振幅越大，音量越高。 5. 音品是取決於樂器特定波形。 6. 聲強級的單位是分貝 (dB)。 波動學 [聲音與光波的比較] 聲波 光波 縱波 / 橫波 縱波 橫波 機械波 / 電磁波 機械波 電磁波 介質傳播 需要 不需，可真空傳播 速率 340 ms–1(空氣) 3 × 108 ms–1(真空) 速率與介質、温度的關係 會隨介質密度或温度的增大而增大 其它介質中會減慢，但與温度無關 入射線 障礙物 振動器 法線 反射線 淺水區 法線 障礙物 點源 深水區 波谷 振動方向 波峰 傳播方向 質點 密部 疏部 密部 傳播方向 振動方向 位移 (s) 振幅 距離 (d) 波長 O A λ λ 2 O 1 距離 (d) 振幅