波动学波动的特性

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. 折射振動器法線法線深水區反射線入射線淺水區障礙物3. 繞射4. 干涉障礙物點源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 ()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 )。波峰振動方向質點波谷傳播方向縱波：質點的振動方向平行於波動的傳播方向(例如：聲波 )。振動方向密部疏部密部傳播方向波動學一些關係線圖 位移 -距離關係線圖：位移 (s)振幅AO3距離 (d)22波長由上圖可得知，波長(A) 及振幅 ()。位移 -時間關係線圖：位移 (s)振幅A0TT3T時間 (t)22週期由上圖得知週期(T)和振幅 (A) 。位移 (s)3 振幅42O3距離 (d)2215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。運動方向t = 0t = T4t = T20t = T4t = T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？運動方向BACA: 向下移動B: 瞬間靜止 (正改變方向 )C: 向上移動公式：頻率 (f) =1週期 (T)單位：赫茲 (Hz)波速 (v) = 頻率 (f)波長 ()波動學電磁波 電磁波在真空中的速率8 1=310ms光是橫波，是電磁波的一種。波長遞增無線電波微波紅外輻射可見光紫外輻射X 射線伽瑪射線頻率遞增可見光的波長範圍波長400 nm500 nm600 nm700 nm 9可見光紫藍綠黃紅1 nm = 10m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。直線脈衝光線法線振動器法線反射線ir入射線i r入射線反射線鏡子障礙物圓形脈衝反射線波源障礙物像波動學折射 折射定律(斯涅耳定律 )：sin i=n (常數 )sin r( 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。空氣光密介質空氣i( i r )ri = 入射角ir = 折射角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。法線深水區r( i r )i淺水區波動學臨界角、全內反射 臨界角c 的定義：1sin c =折射率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：1. 通過光心的入射線是不會折射的。 (只適用於薄透鏡 )凸透鏡凹透鏡FCFFCF2. 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。凸透鏡凹透鏡F: 主焦點C: 光心FCF :主軸FCFFCF波動學透鏡的成像 基本特性：3. 通過焦點的入射線會偏折並平行於主軸。凸透鏡凹透鏡FCFFCF4.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F: 主焦點C: 光心FCF :主軸波動學放大率、繞射 像的高度像距 (v)放大率 (m) =物體的高度物距 (u)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。屏幕障礙物激光束振動器繞射圖像波動學繞射 若狹縫比波長大許多，則繞射的幅度較低。障礙物振動器繞射在障礙物的角發生。障礙物振動器波動學干涉 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。ANANANANAN：節線A ：腹線S1S2腹線： 1. 相長干涉2. 程差 = n 其中 n 為整數。節線： 1.相消干涉2.程差 = n1 其中 n 為整數。2波動學程差、腹線和節線的距離變化計算於某點 P 的程差( )：= PS1 PS2= 72(34)27232= 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 () 增大。S14 cmS23 cm7 cmP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：雙縫隔片單縫光閘光源干涉區域屏幕干涉圖像波動學聲音 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，可真空傳播速率空氣8真空340 ms 1()1()3 10ms速率與介質、温度會隨介質密度或温其它介質中會減慢，的關係度的增大而增大但與温度無關