OCR A-Level 物理/電子、波和光子新規範/波

波的性質

行波是透過空間傳播的振動。所有行波都將能量從一個地方傳遞到另一個地方。

橫波是粒子振動方向垂直於波傳播方向的波。縱波是粒子振動方向平行於波傳播方向的波。

粒子的位移 $s$ 是粒子相對於平衡線或零位移線的距離。波的振幅 $A$ 是波中粒子在一個週期內達到的最大位移。波長 $\lambda$ 是波上兩個相位相同的相鄰點之間的距離。這些量用米 (m) 測量。

波的週期 $T$ 是波傳播一個波長所需的時間。它用秒 (s) 測量。

頻率 $f$ 是單位時間內透過某一點的波長數。它用每秒 (s^-1) 的次數來衡量，這相當於另一種單位，赫茲 (Hz)。

波速 $v$ 是波在單位時間內傳播的距離。它用米每秒 (ms^-1) 測量。

頻率與波的週期透過以下方程相關聯；

${\textstyle f={\frac {1}{T}}}$

速度與距離 ${\textstyle d}$ 和時間 ${\textstyle t}$ 透過以下方程相關聯；

${\textstyle v={\frac {\Delta d}{\Delta t}}}$

波在一個週期 $T$ 內傳播一個波長 $\lambda$ 的距離，因此；

${\textstyle v={\frac {\lambda }{T}}}$

${\textstyle v=({\frac {1}{T}})\lambda }$

${\textstyle v=f\lambda }$

以上稱為波速方程，它將波速與頻率和週期聯絡起來。

相位差 $\phi$ 是兩個振盪粒子的相位差。這是兩個粒子完成振盪的幾分之一的差異。

$\phi ={\frac {x}{\lambda }}\times {2\pi }$

其中 $x$ 是兩個粒子之間的距離。

反射發生在波在兩種介質之間的邊界處改變方向但保留在原始介質中的時候。入射波與波遇到邊界處邊界法線所成的角（入射角 ${\textstyle \theta _{i}}$ ）總是等於反射波與法線所成的角（反射角 ${\textstyle \theta _{r}}$ ）。

折射發生在波從一種介質移動到另一種介質時改變速度和方向的時候。波的頻率保持不變。這意味著初始和最終波長和速度以以下方式相關；

${\textstyle {\frac {v_{1}}{\lambda _{1}}}={\frac {v_{2}}{\lambda _{2}}}}$

衍射是指波透過狹窄的縫隙或繞過障礙物時發生的傳播現象。為了發生這種情況，縫隙的寬度 ${\textstyle W}$ 必須大致等於波的波長 ${\textstyle \lambda }$ 。

${\textstyle W\approx \lambda }$

當寬度遠大於波長時，衍射很小。

偏振是使波變為平面偏振的過程。平面偏振波僅在一個平面上振動。

偏振濾光片會阻擋不在所需平面內對齊的光。如果一個波在所需平面上有一個分量，則偏振濾光片產生的波將具有較低的強度。如果一個波垂直於所需平面，則偏振濾光片將阻擋 100% 的輻射，並且結果強度將等於零。

波的強度 ${\textstyle I}$ 定義為輻射功率 ${\textstyle P}$ 垂直透過單位面積 ${\textstyle A}$ ，符號表示為：

${\textstyle I={\frac {P}{A}}}$

平方反比定律指出，波的強度與表面和光源之間距離的平方成反比；

${\textstyle I\propto {\frac {1}{r^{2}}}}$

${\textstyle I={\frac {P}{4\pi r^{2}}}\because A=4\pi r^{2}}$

由於強度是單位面積功率的量度，因此它的單位是瓦特每平方米或 Wm^-2。

電磁 (EM) 波譜記錄了所有不同型別的波，從無線電波 (最長波長) 到伽馬射線 (最短波長)。