1、第 6 章波,除非有人能說服我錯了，否則我手上的這張薄紙上所寫的光之電磁理論，必具有舉足輕重的影響。馬克士威（James Clerk Maxwell, 1831-1879）,6-1 波的性質1,波是一種能量的傳播，波動並不傳播物質。,6-1 波的性質2,依介質分類：力學波需要介質才能傳播，例如水波、聲波。,非力學波：電磁波則不須依靠介質就可以傳播。,6-1 波的性質3,依振動方向分類：橫波：傳播的方向與介質振動的方向垂直，如 S 波、電磁波。縱波：傳播的方向與介質振動的方向平行，如 P 波、聲波。,6-1 波的性質4,波完成一次完整振動所需的時間為週期 T （倒數為頻率 f），經過一個週期時間
2、，能量傳播的距離為波長。對週期波而言，波速符合 vf關係。,6-1 波的性質5,所有的波均有反射、透射、繞射與干涉的現象。,6-1 波的性質6,折射現象乃是因為波在界面兩側傳播速率不同所造成。,6-1 波的性質7,從波速較快進入波速較慢的介質時波會偏向法線，反之從波速較慢進入波速較快的介質時波會偏離法線。,6-1 波的性質8,波在通過空隙或障礙物之後，行進方向發生變化的現象稱為繞射，當空隙大小與波長相近時較容易觀察到繞射現象。聲波易繞射，可見光波不易繞射。蝙蝠發出超聲波的原因。,6-1 波的性質9,聲音是由物體振動所引起，需要介質才能傳播，在空氣中形成縱波。,6-1 波的性質10,固體中的聲速
3、大於液體中的聲速，液體中的聲速又大於氣體中的聲速。,在25 時聲波在不同介質中的傳播速率,6-1 波的性質11,經驗顯示，在乾燥無風的空氣中，溫度愈高聲速愈大。,6-1 波的性質12,人類所能聽到的聲波頻率範圍約 20 至 20 000 赫茲，比此範圍低的稱為聲下波，比此範圍高的稱為超聲波。,6-1 波的性質13,都卜勒效應：是指因波源與觀測者間有相對運動時，造成觀察者所觀測到的波動頻率發生變化的現象。,6-1 波的性質14,當聲源與觀察者接近時會有聲音頻率變高的現象，而當聲源與觀察者遠離時會有聲音頻率變低的現象。,6-2 光的本質說1,牛頓認為認為光源會發射眾多微小的光微粒；荷蘭科學家惠更斯
4、提出光是一種波動的說法。,牛頓粒子說：光是由很多微粒所組成，這些微粒從光源向各個方向沿直線輻射出去。,惠更斯波動說。光是一種波動，光的傳播就像水波或聲波一樣，從擾動中心向四周傳播出去。,6-2 光的本質說2,楊氏證明光具有相互干涉的現象，後來成為支持光波動說的重要證據。,6-2 光的本質說3,馬克士威發表電磁理論，該理論預測了電磁波的存在，而且人類可見的光波僅是眾多電磁波的其中之一。,6-2 光的本質說4,愛因斯坦認為光應該兼具微粒和波動的二象性質，並且圓滿地解釋光電效應的現象。,6-3 光的反射與折射1,光線在均勻介質（如空氣中）是直線行進的，如果光線被不透光的物體阻擋，物體後方就會形成影子
5、。針孔成像也是光的直進性所產生的現象。,6-3 光的反射與折射2,入射光與反射光須遵守反射定律。,6-3 光的反射與折射3,物體經由平面鏡反射形成虛像。,6-3 光的反射與折射4,凹面鏡是會聚面鏡，凸面鏡是發散面鏡。,6-3 光的反射與折射5,物體經由凹面鏡反射可以形成實像與虛像。物體經由凸面鏡反射僅能形成縮小的虛像。,6-3 光的反射與折射6,光線行經光速不同的兩物質的界面會產生折射現象。,6-3 光的反射與折射7,凸透鏡是會聚透鏡，凹透鏡是發散透鏡。,6-3 光的反射與折射8,物體經由凸透鏡折射可以形成實像與虛像。,6-3 光的反射與折射9,物體經由凹透鏡折射僅能形成縮小的虛像。,6-3
6、光的反射與折射10,照相機的凸透鏡將物體成像在底片上。 凹透鏡可以矯正近視眼患者的視力。,6-3 光的反射與折射9,色散現象是因為不同顏色的光線在介質中傳播的速率不一樣，導致折射程度不相同所產生的現象。真空中：v紅v橙v紫3108 m/s介質中：3108 m/sv紅v橙v紫,6-3 光的反射與折射10,紅、綠、藍三種色光是光的三原色，三原色以不同強度的比例混合時，就可以使眼睛感受到各種色光。,6-4 光的波動現象1,單一頻率的雷射光通過雙狹縫，狹縫會形成兩個光源，兩光源會在狹縫後方的光屏重疊干涉，產生許多亮暗相間的條紋。,6-4 光的波動現象2,空間中的振動電荷會產生隨時間變化的磁場以及電場，
7、電場與磁場依序地相生，往外傳播就形成電磁波。,6-4 光的波動現象3,電磁波的電場、磁場、傳播的方向三者相互垂直。,6-4 光的波動現象4,電磁波譜表示各種頻率或波長的電磁波分布。,6-4 光的波動現象5,不同顏色的純色光代表不同頻率的電磁波，但是在真空中傳播的速率皆相同。電磁波可以在真空中傳播，速率為 3 108 m/s,常用網路資源,美國麻省理工學院課程教材國科會科普知識Sciscape科景AEEA 天文教育資訊網MIT電磁學教學網8.02TPhysics Education TechnologyPhysics 2000 websiteHyperPhysics國立交通大學開放式課程Demolab 物理教學示範實驗教室opensourcephysics國立中央大學物理演示實驗國科會高瞻計畫-科學面面觀 (SciFace to Face)高瞻計畫資源平台科學人部落格,知識通訊評論東吳大學物理演示教室普通高級中學課程物理學科中心演示教學網站The Physics Hypertext科學影像A Review of the Universe維基百科Learn Physics TodayThe Physlet ResourceScience ToysPhysics.orgPearson Physics PhysicsSource Website,
