水波槽实验、波前和射线、波的现象：反射、折射、衍射和干涉

水波
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圖片
波的現象 完
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• 水波槽實驗儀器
水波
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水波槽實驗
水波
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• 光源 (高影機的燈泡) 在透明水波槽之下。
• 水面波形成一些凸透鏡和凹透鏡，使光線在不同位置被會 聚或發散。
• 光線會聚在屏幕上形成條紋。
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亮紋 屏
水波
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水波
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• 如果孔眼與波長大小差不多，水波便會有顯著的分散，直線 波前會變成圓形波前。
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水波
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• 在波動前放置障礙物，也會產生衍射現象。
<< 障礙物的大小
障礙物的大小
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水波
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• 因為水波在同一介質中傳播，所以頻率、波長和波速都不會 改變。
波的現象 4
水波
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水波
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水波
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• 我們可以從程差來判斷某位置會發生相長干涉還是相消 干涉。
• 程差：PS1 PS2 • 相長干涉：PS1 PS2 = m • 相消干涉： PS1 PS2 = (m + 1/2) • m 為整數 (m = 0, 1, 2, 3 ..........)
波的現象 4
波的現象 4
水波
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• 要產生干涉圖形，我們需要兩個符合以下條件的波源： 1. 波源不可分隔超過數個波長。
2. 兩個波源同步振動，同起同落。 (同相)
3. 波源的振動頻率必須相等 (即波動的頻率、波長、波速和 振幅都必須相等) 。
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• 產生干涉圖像的裝置：
水波
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• 水波由區域 A 進入區域 B：
水波
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B 區域
A 區域
波的現象 2
水波
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• 在淺水區域中，水波的速率和波長都較小，但頻率維持不變。
深水區域 (快區域)
1
淺水區域 (慢區域)
2
1 > 2
A 區域
B 區域
Leabharlann Baidu玻璃
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水波
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• 所以 A 區域可說是較疏的介質，而 B 區域是較密的介質。當
• 頻閃儀
水波
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• 在邊界放些棉花以減少水波的反射。 • 電動機的振動產生水波。
水波
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回到 波前
• 直線波前和圓形波前：
水波
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回到 波前
射線
波前
水波
請按 '回到' 波源
直線波前
圓形波前
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• 直線波前被平面障礙物反射：
水波
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水波槽實驗
水波槽實驗
• 水波槽裝置 照片 • 產生亮紋和暗紋的機制 圖片 • 頻閃儀：凍結波動 照片 • 實驗預防措施 解釋
水波
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波前
波前和射線
• 直線波前及圓形波前 圖片 • 射線：波前進行的方向 圖片
水波
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波的現象 1
水波的反射
• 水波被平面障礙物反射 照片
水波
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• 水波被圓形障礙物反射 照片 • 反射現象對頻率、波長和波速的影響 圖片
波的現象 2
水波的折射
水波
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• 製造不同水波媒介的方法 圖片
• 水波的折射 照片
• 折射現象對頻率、波長和波速的影響 圖片
波的現象 3
水波的衍射 (繞射)
水波
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• 水波在不同障礙物前的衍射 照片
• 衍射對頻率、波長和波速的影響 圖片
波的現象 4
波的干涉
• 產生干涉現象的條件 照片 • 水波的干涉圖像 照片 • 相長干涉、相消干涉和程差 • 節線和腹線 圖片
• 干涉圖形
水波
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波的現象 4
水波
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• 相長干涉：波峰 + 波峰 (A 點) 或 波槽 + 波槽 (B 點)
• 相消干涉：波峰 + 波槽 (C 和 D 點)
在某一時刻
A
B
C
D
S1
S2
波的現象 4
• 相長干涉 S2
• 相消干涉
水波
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兩波相遇的位置
兩波相遇的位置
S1 所得振幅
S2 S1
波動由一種介質進入另一種介質時便會發生折射。
A 區域
A 區域
B 區域
• 較疏介質 較密介質 (射線向法線方向彎曲)
B 區域
• 較密介質 較疏介質 (射 線離開法線方向彎曲)
波的現象 3
水波
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• 水波通過障礙物的小孔時，會發生衍射現象：
• 直線波前經過小孔後會略為散開 ( << 孔眼大小)
波的現象 3
水波
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• 我們將所有程差相等，而又發生相長干涉的位置連成一
線，即腹線。 • 我們將所有程差相等，而又發生相消干涉的位置連成一
線，即節線。 2 1.5 1 0.50 0.5 1 1.5 2
S1
S2
波的現象 4
水波
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• 節線和腹線的距離隨頻率增加 (波長減少) 而縮短
• 節線和腹線的距離隨波源的距離縮短而增加
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• 水波被曲面障礙物反射：
水波
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• 反射水波的頻率、波長和波速都沒有改變
水波
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• 入射水波和反射水波的方
向遵守光學中的反射定律。
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水波
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• 放一塊玻璃在水波槽，以產生兩個不同水深的區域。
A 區域
B 區域
玻璃