基礎(chǔ)物理(一)全 課本電子教案_第6章 波_6-1

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6-1波的性質(zhì)

1在水面上會(huì)產(chǎn)生圓形的水波，並由落點(diǎn)向四周傳播。當(dāng)石塊投進(jìn)水中後，我們將會(huì)看到什麼現(xiàn)象？水為傳遞水波的媒介，稱為介質(zhì)。6-1波的性質(zhì)

2落葉會(huì)在原處附近上下來(lái)回移動(dòng)；同時(shí)，水與落葉都沒(méi)有隨著水波的傳播而向前流動(dòng)漂移。當(dāng)水波通過(guò)落葉時(shí)，我們將會(huì)看到什麼現(xiàn)象？可見(jiàn)：波只會(huì)傳播能量，不會(huì)傳播物質(zhì)。6-1波的性質(zhì)

3一、波的種類(lèi)6-1波的性質(zhì)

4如果手握繩子的一端，上、下抖動(dòng)繩子，則會(huì)在繩子中產(chǎn)生什麼現(xiàn)象？繩子中會(huì)產(chǎn)生如上圖所示的行進(jìn)波，沿著繩子傳播行進(jìn)。繩子中的行進(jìn)波前進(jìn)時(shí)，可以看到繩上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情形為何嗎？6-1波的性質(zhì)

5現(xiàn)在，用一狹縫將繩子中間的一小段蓋住，然後觀察狹縫，將會(huì)看到什麼現(xiàn)象？繩子中產(chǎn)生行進(jìn)波向右前進(jìn)時(shí)，從狹縫中可以看到繩子是上、下來(lái)回運(yùn)動(dòng)；所以，繩上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直於波的行進(jìn)方向。6-1波的性質(zhì)

6像這種介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波動(dòng)的行進(jìn)方向垂直的波動(dòng)稱為橫波，又稱高低波。當(dāng)我們連續(xù)上下抖動(dòng)彈性繩，會(huì)在彈性繩上產(chǎn)生橫波，橫波的波形由一系列的波峰與波谷交錯(cuò)組成，波峰為波形上最高的位置，波谷則為波形上最低的位置。6-1波的性質(zhì)

7若連續(xù)迅速而規(guī)律地推壓及拉伸彈簧，則在彈簧圈中會(huì)產(chǎn)生什麼現(xiàn)象？連續(xù)而規(guī)律的推壓或拉伸彈簧時(shí)，可以產(chǎn)生一系列由密部與疏部交錯(cuò)組成的波形，向前傳播。6-1波的性質(zhì)

8當(dāng)迅速地推壓彈簧時(shí)，可以產(chǎn)生彈簧圈較密集的部分，稱為密部；當(dāng)迅速地拉伸彈簧時(shí)，可以產(chǎn)生彈簧圈較疏離之部分，稱為疏部。6-1波的性質(zhì)

9如果，將彈簧圈的前後蓋住，只留下一小段可以觀察到，則將看到什麼現(xiàn)象？彈簧圈左右振動(dòng)，並不隨波動(dòng)前進(jìn)。這種介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波動(dòng)的行進(jìn)方向平行的波動(dòng)稱為縱波，又稱為疏密波。6-1波的性質(zhì)

10聲音的產(chǎn)生是由於聲源的振動(dòng)，當(dāng)聲源的振動(dòng)膜向右移動(dòng)時(shí)，則擠壓空氣分子形成密部，當(dāng)振動(dòng)膜向左移動(dòng)時(shí)，則空氣分子舒張形成疏部。若振動(dòng)膜不停的振動(dòng)便產(chǎn)生一連串的密部與疏部，向前傳播，由於空氣分子的振動(dòng)方向與聲波的傳播方向平行，在空氣中傳播的聲波也是一種縱波。6-1波的性質(zhì)

11二、波長(zhǎng)、頻率和波速6-1波的性質(zhì)

12波的基本定義－波長(zhǎng)與振幅波長(zhǎng)（λ）：重複波形之最小距離，如繩波的波長(zhǎng)為相鄰兩波峰之間的距離，也等於相鄰兩波谷之間的距離。振幅（A）：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)與平衡位置間的最大距離。6-1波的性質(zhì)

136-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－彈性繩上橫波的波長(zhǎng)與振幅

14波的基本定義－週期與頻率週期（T）：完整振動(dòng)一次所需的時(shí)間；將彈性繩一端由平衡位置向上移動(dòng)、返回平衡位置、向下移動(dòng)、再返回平衡位置，便可產(chǎn)生一個(gè)完整的波，這一過(guò)程中所需的時(shí)間即為週期。頻率（f）：1秒內(nèi)所產(chǎn)生的波數(shù)則稱為頻率。6-1波的性質(zhì)

15若完整振動(dòng)三次需時(shí)兩秒，則振動(dòng)週期(T)為何？頻率(f)為何？因?yàn)?，一個(gè)完整振動(dòng)所需的時(shí)間為週期，所以週期（T）＝2/3秒因?yàn)?，一秒?nèi)所產(chǎn)生的振動(dòng)個(gè)數(shù)為頻率，所以頻率（f）＝3/2秒-1，秒-1又稱赫茲。6-1波的性質(zhì)

16由週期（T）＝2/3秒與頻率（f）＝3/2秒-1可見(jiàn)週期與頻率的關(guān)係為何？週期×頻率＝1即週期＝1/頻率頻率＝1/週期6-1波的性質(zhì)

17如右圖所示是一向右行進(jìn)的橫波在不同時(shí)刻的波形。若觀察藍(lán)點(diǎn)波峰隨時(shí)間的變化，會(huì)有什麼感覺(jué)？若只注意觀察藍(lán)點(diǎn)波峰隨時(shí)間的變化，可見(jiàn)到波往右行進(jìn)傳播的情形。6-1波的性質(zhì)

18如右圖所示是一向右行進(jìn)的橫波在不同時(shí)刻的波形。若觀察紅色固定點(diǎn)的變化，則又有什麼感覺(jué)？若只注意觀察紅色固定點(diǎn)隨時(shí)間變化，則可見(jiàn)到介質(zhì)上下振盪的情形。6-1波的性質(zhì)

19藍(lán)點(diǎn)波峰在一個(gè)週期內(nèi)往右行進(jìn)傳播一個(gè)波長(zhǎng)。即波動(dòng)在一個(gè)週期內(nèi)前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)。波長(zhǎng)週期T所以波速＝波長(zhǎng)週期＝波長(zhǎng)×頻率將二者結(jié)合一起，則會(huì)有什麼感覺(jué)？6-1波的性質(zhì)

206-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－橫波示意圖

21人耳可聽(tīng)到的聲波頻率範(fàn)圍約為20赫茲至20,000赫茲之間，稱為可聞聲，頻率高於20,000赫茲的聲波稱為超音波或超聲波，頻率低於20赫茲的聲波稱為聲下波或次音波。若空氣中之聲速為340公尺／秒，求可聞聲之波長(zhǎng)範(fàn)圍？6-1例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6-1波的性質(zhì)

22由，因聲速為定值，最大頻率對(duì)應(yīng)最短波長(zhǎng)，最小頻率對(duì)應(yīng)最長(zhǎng)波長(zhǎng)340=λmin．20000，λmin=1.7×10-2m=1.7cm340=λmax．20，λmax=17m故可聞聲之波長(zhǎng)範(fàn)圍為1.7公分至17公尺。??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????6-1波的性質(zhì)

23三、水波的觀察6-1波的性質(zhì)

24影片－水波槽實(shí)驗(yàn)裝置—直線型水波6-1波的性質(zhì)

25水波槽可以用來(lái)觀察水波的特性；藉由把水波投影在其下方的屏幕上，我們可以觀察水波的行進(jìn)、反射、折射、干涉與繞射等現(xiàn)象。6-1波的性質(zhì)

26水波在水波槽中產(chǎn)生時(shí)，水波的高低起伏對(duì)光線有會(huì)聚與發(fā)散的現(xiàn)象，這些光線在下方的屏幕上出現(xiàn)亮紋與暗紋，並且隨著水波的傳播而移動(dòng)，亮紋與暗紋分別對(duì)應(yīng)水波的波峰與波谷。6-1波的性質(zhì)

276-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－水波槽實(shí)驗(yàn)示意圖

28波源與波前常見(jiàn)的波源有：點(diǎn)波源、直線波源兩種。波峰的連線稱為波前與波傳播的方向垂直。6-1波的性質(zhì)

296-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－水波傳播方向與波前垂直

30四、波的反射6-1波的性質(zhì)

31對(duì)著山谷大聲喊叫，過(guò)了一段時(shí)間後可以聽(tīng)到回聲，這是因?yàn)槁暡ń?jīng)過(guò)遠(yuǎn)方山壁的反射所致。6-1波的性質(zhì)

32回聲現(xiàn)象在大講堂中會(huì)造成演講者聲音之模糊與不清楚，所以在大講堂中常常會(huì)懸掛可以吸收音波的布幕或是窗簾，以減少回聲的現(xiàn)象。以超音波進(jìn)行產(chǎn)檢或檢測(cè)金屬裂縫，或以聲納探測(cè)海洋深度即為聲波反射的應(yīng)用。6-1波的性質(zhì)

33若回聲於0.1秒之內(nèi)返回人耳，人耳即無(wú)法分辨回聲與原發(fā)出的聲音。若聲速為340公尺／秒。人在山谷大聲喊叫，可清楚聽(tīng)見(jiàn)回聲，則人與反射面之間的距離至少多遠(yuǎn)？6-2例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6-1波的性質(zhì)

34設(shè)人與反射面距離為d，則聲波以340m/s之速度來(lái)回2d費(fèi)時(shí)t，t必須大於0.1秒，t=2d/340>0.1，d>17(m)距離至少須17公尺，才可清楚聽(tīng)見(jiàn)回聲。http://www.mammalz.com??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????6-1波的性質(zhì)

35影片－直線形水波的反射6-1波的性質(zhì)

36直線形水波的反射如圖顯示直線波遇到平直的反射壁後發(fā)生反射的情況，反射波的波長(zhǎng)、頻率皆沒(méi)有改變。6-1波的性質(zhì)

37五、波的折射6-1波的性質(zhì)

38影片－水波的折射6-1波的性質(zhì)

39波動(dòng)由一介質(zhì)進(jìn)入另一介質(zhì)，波速會(huì)改變，有部分透射，部分反射的現(xiàn)象，為一般波動(dòng)的特性。當(dāng)波以一入射角進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，透射波行進(jìn)方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為折射。6-1波的性質(zhì)

40水波由深水區(qū)進(jìn)入淺水區(qū)時(shí)，水波將會(huì)如何改變？水波的波長(zhǎng)λ會(huì)變小，由於折射後水波的頻率不變，由v=fλ，可知水波的傳播速率會(huì)變小，並且波的傳播方向會(huì)偏向法線。6-1波的性質(zhì)

416-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－水波由深水區(qū)進(jìn)入淺水區(qū)

42水波由淺水區(qū)進(jìn)入深水區(qū)時(shí)，水波將會(huì)如何改變？當(dāng)水波由淺水區(qū)進(jìn)入深水區(qū)時(shí)，它的速率會(huì)增加，而波的傳播方向會(huì)偏離法線。6-1波的性質(zhì)

436-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－水波由淺水區(qū)進(jìn)入深水區(qū)

44已知水波在深水中的波速較淺水中大。右圖為一水波槽內(nèi)水波折射的照片，試問(wèn)A區(qū)與B區(qū)哪一區(qū)為深水區(qū)？若水波在B區(qū)由下方鉛直向上傳播，經(jīng)由二區(qū)之界面進(jìn)入A區(qū)，波的行進(jìn)方向?qū)⑾蜃笃蛳蛴移?-3例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????界面處已標(biāo)示一點(diǎn)P，請(qǐng)於圖上畫(huà)出經(jīng)過(guò)P點(diǎn)之法線、入射方向（入射線）與折射方向（折射線）。6-1波的性質(zhì)

45由v=fλ，折射時(shí)頻率f不變，波長(zhǎng)與波速成正比。觀察圖形可知，B區(qū)之波長(zhǎng)較A區(qū)大，所以B區(qū)之波速亦較A區(qū)大。故B區(qū)為深水區(qū)、A區(qū)為淺水區(qū)。由深水區(qū)進(jìn)入淺??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????水區(qū)時(shí)，類(lèi)似玩具車(chē)由平滑地板進(jìn)入地毯，左側(cè)突然變慢，故向左偏向，即偏向法線，故入射角較折射角大。6-1波的性質(zhì)

46六、波的干涉與繞射6-1波的性質(zhì)

47把兩顆小石子同時(shí)投入水中後，所產(chǎn)生的結(jié)果如下，從此結(jié)果可以看出什麼嗎？?jī)蓚€(gè)波相會(huì)在一起，波形會(huì)重疊，波會(huì)互相干擾而組成合成波，稱為波的干涉。6-1波的性質(zhì)

48影片－水波的干涉6-1波的性質(zhì)

49從照片或影片中，可以看出什麼嗎？?jī)山M圓形波交會(huì)時(shí)，會(huì)因兩波疊合而產(chǎn)生如圖之干涉現(xiàn)象。當(dāng)波峰與波峰相遇，振動(dòng)的波幅變大；當(dāng)波峰與波谷相遇，振動(dòng)的波幅變小。亮區(qū)灰色線條6-1波的性質(zhì)

50影片－水波的繞射6-1波的性質(zhì)

51顯然，直線形水波在障礙物的邊緣處，並沒(méi)有完全被阻礙，而有向阻礙範(fàn)圍內(nèi)偏折的現(xiàn)象。阻礙範(fàn)圍6-1波的性質(zhì)

52影片－水波的狹縫繞射6-1波的性質(zhì)

53顯然，直線形水波在通過(guò)狹縫後，並沒(méi)有走直線，而是會(huì)向狹縫邊緣的兩側(cè)偏折。6-1波的性質(zhì)

54水波通過(guò)橋孔流出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下的結(jié)果，從此結(jié)果可以看出什麼嗎？水波經(jīng)過(guò)小孔或狹縫時(shí)，波動(dòng)不走直線而是散向兩旁，這種波動(dòng)散開(kāi)的現(xiàn)象，即為繞射。6-1波的性質(zhì)

556-4例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????如右圖，空曠的操場(chǎng)上，跳高安全墊後躲著一隻狗。小康看的見(jiàn)狗嗎？聽(tīng)的到狗叫聲嗎？光波與聲波對(duì)同一個(gè)障礙物而言，何者較易繞射？6-1波的性質(zhì)

56狗位於跳高安全墊後方，狗身上之光波被跳高安全墊擋住，小康看不見(jiàn)狗。但若狗吠叫，則因聲波繞射，可繞過(guò)跳高安全墊，小康聽(tīng)得見(jiàn)狗叫聲。聲波的波長(zhǎng)較光波大，對(duì)同一障礙物而言，聲波較易繞射。??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????6-1波的性質(zhì)

57七、都卜勒效應(yīng)6-1波的性質(zhì)

586-1波的性質(zhì)影片－都卜勒效應(yīng)

59想一想：救護(hù)車(chē)靠近與遠(yuǎn)離時(shí)，聲音有什麼不同呢？救護(hù)車(chē)接近時(shí)，警笛的音調(diào)聽(tīng)起來(lái)較高。救護(hù)車(chē)遠(yuǎn)離時(shí)，警笛的音調(diào)聽(tīng)起來(lái)較低。因聲源與聽(tīng)者間的相對(duì)速度，造成音調(diào)產(chǎn)生高低變化的現(xiàn)象，稱為都卜勒效應(yīng)。6-1波的性質(zhì)

60聲源不動(dòng)，只有聲波往右傳播，聽(tīng)者也不動(dòng)，算算看，此時(shí)聽(tīng)者共接受到幾個(gè)波？可看出，總共通過(guò)3個(gè)波。6-1波的性質(zhì)

61聲源不動(dòng)，只有聲波往右傳播，同時(shí)聽(tīng)者向左移動(dòng)，算算看，此時(shí)聽(tīng)者共接受到幾個(gè)波？可看出，此時(shí)總共通過(guò)6個(gè)波。6-1波的性質(zhì)

62聲源不動(dòng)，只有聲波往右傳播，同時(shí)聽(tīng)者也向右移動(dòng)，算算看，此時(shí)聽(tīng)者共接受到幾個(gè)波？可看出，此時(shí)總共通過(guò)1個(gè)波。6-1波的性質(zhì)

63所接收到的總波數(shù)增加，所以聽(tīng)到的聲音頻率變高了；反之，聽(tīng)者遠(yuǎn)離聲源，必須花較多的時(shí)間才能接觸到下個(gè)波，每秒所接收到的波數(shù)變少，所以聽(tīng)到的聲音頻率會(huì)變低。當(dāng)聲波向四周擴(kuò)展，聲源發(fā)出的聲波波前形成同心圓。由於聽(tīng)者向聲源接近，花較少的時(shí)間就可以接觸到下個(gè)波，每秒聽(tīng)者所接收到的波數(shù)比靜止時(shí)更多，由於每秒6-1波的性質(zhì)

64聲源不動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生聲波的波前仍為同心圓，若聲源等速向右移，所產(chǎn)生聲波的波前將變成什麼樣子？聲源等速右移的結(jié)果，導(dǎo)致較晚發(fā)出的聲波的圓心愈偏右方，而使右邊波前間隔較窄，波長(zhǎng)變短，左邊波前間隔較寬，波長(zhǎng)變長(zhǎng)。6-1波的性質(zhì)

65聲源右側(cè)的靜止聽(tīng)者，接收的聲波波長(zhǎng)縮短，但聲速不變，所以聲波的頻率便變高了。聲源左側(cè)的靜止聽(tīng)者，接收的聲波波長(zhǎng)變長(zhǎng)，但聲速不變，所以聲波的頻率便降低了。6-1波的性質(zhì)

66當(dāng)光源與觀察者間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光波也有都卜勒效應(yīng)。例如天文觀測(cè)中，星體遠(yuǎn)離我們時(shí)，發(fā)出的光頻率降低，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，可見(jiàn)光光譜中的位置往波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光方向移動(dòng)，稱為紅移；反之，星體靠近我們時(shí)，發(fā)出的光頻率升高，波長(zhǎng)變短，稱為藍(lán)移。6-1波的性質(zhì)

67圖片來(lái)源：http://florencelai.blogspot.com/2010/07/blog-post.html交通警察測(cè)速即是測(cè)得雷達(dá)反射波的頻率變化而可以反推車(chē)速的快慢，這是都卜勒效應(yīng)的應(yīng)用。圖片來(lái)源：http://www.jingchazhuangbei.com/upfile/2009101411123732834.jpg6-1波的性質(zhì)

686-1波的性質(zhì)動(dòng)畫(huà)－都卜勒效應(yīng)

69THEEND6-1波的性質(zhì)