基础物理(一)第六章波第六章波6-1波的性质(一)周期波A、波的特性.doc

第六章 波 6-1 波的性質 (一)週期波： 波的特性： 物質的某處受到擾動時，則以擾動處為中心，將能量傳給鄰近的物質，使其依序做同樣的振動，此種現象即稱為『波動』，或簡稱為『波』。 必須介質受到干擾後，才能引起波動。 傳遞波動的物質稱為介質。 水波的介質是水；繩波的介質是繩子；彈簧波的介質是彈簧；聲波的介質是空氣。 波傳播的過程，只有能量前進，介質則在原地附近振動，並不隨波前進。傳播的過程中，波只傳送能量，傳送波形，不傳送物質(介質)。 依介質振動方向分類： 橫波： 介質振動方向和波前進方向垂直，稱為橫波，又稱為高低波。 縱波： 介質振動方向和波前進方向平行，稱為縱波，又稱為疏密波。 彈簧波可以產生橫波或縱波。 由於水的流動性，因此實際上水波為橫波及縱波的混合波。 依是否需介質傳遞分類： 力學波：需要介質才能傳遞的波動；例如：繩波、水波、聲波。 非力學波：不需介質即可傳遞波動；例如：電磁波。 名詞解釋： 波峰：波的最高點。 波長：波峰和波峰間(或波谷、波谷間)距離。 波谷：波的最低點。 振幅：平衡點到波峰(或波谷)的距離。 週期：振動一次所需的時間(單位：秒) 頻率：平均每一秒鐘內所振動的次數。(單位為次／秒，或赫茲，簡稱為赫，記為Hz) 振動一次產生一個波；一個波的振動過程中，介質振動4個振幅，而振幅代表能量。 波速：波動每一秒鐘所移動的距離。 波速： 同一介質中的波速相同，波長愈短時，頻率愈大。 水：深水波速＞淺水波速聲速：固體＞液體＞氣體光：固體＜液體＜氣體＜真空繩：粗繩波速＜細繩波速，鬆繩波速＜緊繩波速 反射：反射波與入射波在相同介質，因此波速、頻率、週期相同。 穿透：不同介質中行進，頻率相同，波速大者波長大，波速小者波長小。 由於波動會部分反射，部分穿透，部分吸收，因此反射波或穿透波能量小於入射波能量，因此振幅會減小。 縱波的進一步討論： (1) (2) (二)水波的反射： 水波槽的原理： 水波槽內沒有波動時，水面平滑，光照至下方的白紙呈現同一色澤的亮區。 水波槽內產生波動時： 水波的波峰如同凸透鏡，可會聚光線，光線在白紙上形成亮紋。 水波的波谷如同凹透鏡，可發散光線，光線在白紙上形成暗紋。 水波槽的觀察： 波前： 波在傳遞過程中，所有相同振幅的連線，即為波前。 水波曹中所有波峰的連線或所有波谷的連線，即為其波前。 不論入射線’反射線或折射線，波的傳播方向必和波前互相垂直。 水波的反射： 反射波遵守反射定律。 入射線、法線及反射線在同一平面，且入射線與反射線分別在線的兩側。 入射角＝反射角。 反射波的波形： 直線障礙物 ( 波形不變 直線波入射反射波為直線波。 圓形波入射，反射波為圓形波。 已知入射波前： 與入射波前垂直的是入射線。 與介面垂直，畫出法線。 入射角＝反射角，畫出反射線。 反射波前和反射線垂直。 入射波與反射波為相同介質，波速、頻率、波長皆相同，僅進行方向不同。 (三)水波的折射： 折射： 波在不同介質中，由於速率不同，導致進行方向偏折的現象，稱為折射。 水波在深水區的速率大於淺水區的波速。 水波的傳播速率和深度及溫度有關。 折射定律：波由一介質進入另一介質時： 入射線、法線和折射線在同一平面上。 波由速率快的介質進入速率慢的介質，則折射線偏向法線。 波由速率慢的介質進入速率快的介質，則折射線偏離法線。 討論： 若一個波動垂直進入另一介質，則入射角為_______度，折射角為______度，此時速率改變，但是波的進行方向_________。 當波動以一個入射角進入另一介質時，進行方向才會改變，此時： 速率快到慢的介質： 折射線接近法線，折射角＜入射角。 速率、波長減小，頻率維持不變。 速率慢到快的介質： 折射線偏離法線，折射角＞入射角。 速率變大，波長增大，但頻率始終不變。 反射 深水 ( 淺水 淺水 ( 深水 (四)水波的干涉： 干涉的意義： 若振幅不大時，兩波相遇在一起，造成波形重疊，振幅疊加的現象，稱為干涉。 干涉僅發生在兩波相遇過程，干涉後兩波各自前進，互不影響，稱為波的獨立性。 干涉的種類： 以波形相同的兩個波相遇為例： 建設性干涉： 同頻率、同振幅的兩波相遇時，波峰與波峰或波谷與波谷疊加，稱為建設性干涉，可得到2倍之振幅，相遇之點稱為腹點。 所有腹點的連線，稱為腹線。 兩波源間的中垂線必為建設性干涉，因此為腹線。 建設性干涉時，波峰與波峰相遇，此時合成波的振幅最大，在水波槽的投影成為亮點。 當水波的波谷與波谷相遇時，合成波的振幅最大，在水波槽的投影可得暗點。 破壞性干涉： 同頻率、同振幅的兩波相遇時，波峰與波谷疊加，此時的振幅最小，稱為破壞性干涉，相遇之點稱為節點。 兩波的振幅相同時，節線處的振幅相抵消，因