電磁波

電磁波 - 维基百科

理論：詹姆斯·馬克士威
實驗：海因里希·赫茲
應用：古列爾莫·馬可尼

偏振性

電磁波譜：

無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線

百萬人被唬爛了！？電磁波尚未被證實對人體致癌- PanSci 泛科學

面鏡與透鏡作圖

模擬動畫

都卜勒效應

都卜勒效應(維基)

都卜勒

感受聲音動畫

感受聲音

原理說明
注意耳朵，紅色亮起即波峰通過的瞬間，閃爍的快慢即頻率

光與聲音比較

干涉與繞射(基礎物理)

干涉

雙點波源水波1
動畫模擬兩點波源水波干涉條紋

雙點波源水波2
動畫模擬兩點波源水波干涉條紋及陰影

The Double Slit Experiment Animation 3ds max
3D模擬驗證相長干涉與相消干涉的結果

雙狹縫水波干涉

水波點波源經兩狹縫後形成干涉條紋並在布幕上以光波顯示

水波與光波干涉結合
真實實驗水波干涉投影光波干涉



繞射

水波繞射動畫

水波繞射實驗

光波單狹縫繞射
以動畫模擬各色光繞射後的條紋

波的性質

1. 分類
1-1 力學波？ 非力學波？
1-2 縱波？橫波？

聲波動畫影片：Transmission of Sound

2. 物理量
2-1 波速
2-2 波長
2-3 周期，頻率

3. 現象
3-1 反射
3-2 繞射
3-3 干涉
3-4 折射

波動動畫影片：Waves: Light, Sound, and the nature of Reality

4. 都卜勒效應

高三選修物理(上)課程進度規劃

二、波動	1	波	1.波的傳播
二、波動	2	波	2.振動與週期波波
二、波動	3	繩(橫)波	3.繩波的反射和透射
二、波動	4	干涉	4.波的重疊原理
二、波動	5	直線干涉	5.駐波
三、聲波	6	聲(縱)波	1.聲波的傳播
三、聲波	7	直線干涉	2.聲音的共鳴
三、聲波	8	直線干涉	3.基音和泛音
二、波動	9	平面干涉	8.水波的干涉
五、物理光學	10	光(非力學)波	1.光的波動說
五、物理光學	11	平面干涉	2.光的干涉現象
二、波動	12	多點干涉	6.海更士原理
二、波動	13	多點干涉	9.水波的繞射
五、物理光學	14	多點干涉	3.光的繞射現象  比較
二、波動	15	直進	7.水波的反射與折射
四、幾何光學	16	直進	1.拋物面鏡成像
四、幾何光學	17	直進	2.球面鏡
四、幾何光學	18	直進	3.折射現象
四、幾何光學	19	直進	4.全反射
四、幾何光學	20	直進	5.薄透鏡

二維駐波(光波干涉)

1. 同調性、相干性（coherence）

         當兩點波源所發出的波對應波峰之間的時間差保持不變，稱為相干波源。下圖分別表示兩波源對應波峰之間的

(a)時間差為零，即同相；

   

(b)時間差為T/4；   

       

(c)時間差為T/2，即反相。

(二) 光的干涉亮點(腹點)與暗點(節點)條件

(三) 光屏上兩亮線間距或兩暗線間距(亮紋寬度)

關於 sinθ≒ tanθ

(四) 結語

           雙狹縫干涉圖形為等間距的亮、暗紋分布，且亮紋亮度很均勻。實驗時為了更容易觀察干涉圖形，應儘量          狹縫間距d，或          狹縫與光屏的距離L，波長λ越       的光源產生的干涉條紋寬度更寬，亮紋間距也更大。

影片欣賞：The Original Double Slit Experiment
                        The Double Slit Experiment

光的學說

(一) 光的粒子說：牛頓 (1704)

1 模型：光是種質量極小、速度極大的微小質點，撞擊時以完全彈性碰撞作反射，
不同色光是由不同粒子組成。

2. 預測：在水中的光速比在真空中還快 。

3. 誤繆：光不具質量。

(二) 光的波動說：惠更斯(1690)

1. 模型：光是種波動的能量，屬於橫波，光能和波動的振幅成正相關，
不同色光代表不同的波長。

2. 預測：在水中的光速比在真空中還慢。

3. 誤繆：光不是力學波，不需要傳播的介質，更無乙太的存在。

(三) 粒子說與波動說的興衰

1801 楊格－雙狹縫干涉，波動說佔上風。

1850 菲佐、佛科－量測出光在空氣與水中的速度，否定粒子說。

1864 馬克士威－推論光是電磁波，懷疑波動說的介質理論。

1881 邁克生、毛利－實驗證實乙太不存在。

1888 赫茲－實驗證實電磁波的存在，證明光是種電磁波(非力學波)。

1905 愛因斯坦－提出光子說，認為光由光子所組成，具有波粒二元性。

光波的繞射

(一) 繞射原理

依據惠更斯原理，平行光的波前傳至狹縫時，狹縫口之間可視為無數個同相點波源。屏上某一點的亮暗，為這些點波源發出的光波集體              的結果。

(二) 光的繞射亮點與暗點條件

1. 中央亮紋：光程差＝0

以屏幕中央而言，AB間所有點波源至此的光線皆可視為水平方向的平行光波，故可視為              干涉，形成最亮紋。

2. 暗紋：光程差 ＝ n λ，n=1,2,3...

若AB兩點光源至該屏幕上的波程差δ為光波波長λ的整數倍時，AB間所有點光源全可配對成                干涉，故形成暗紋。

3. 次亮紋：光程差  ＝ (n＋1/2)  λ，n=1,2,3...

若AB兩點光源至該屏幕上的波程差δ為光波波長之半(λ/2)的奇數倍時，AB間所有點光源可逐群配對成反相干涉，剩餘區段無法配對相消，故形成次亮紋。

(四) 結語

除了中央亮紋外，單狹縫繞射的亮、暗紋分布條件正好與雙狹縫干涉相反，且亮紋亮度極不均勻。實驗時為了容易觀察繞射圖形，應儘量          環境光源，並          狹縫寬度w，或          狹縫與光屏的距離L，波長λ越長的光源產生的繞射條紋也越明顯。當單狹縫寬度w遠大於光波波長λ時，各亮帶之間緊接在一起，光屏上將僅見到狹縫被照明映射的幾何形狀，故日常生活所見狹縫產生光的繞射現象不易被人察覺。

雙狹縫干涉與單狹縫繞射的成像比較

美國物理學家、諾貝爾物理學獎得主理察·費曼指出：

沒有人能夠令人滿意地定義干涉和繞射的區別。這只是術語用途的問題，其實二者在物理上並沒有什麼特別的、重要的區別。

雙狹縫干涉可以視為兩個      狹縫繞射後疊加的結果，單狹縫繞射可以視為許多點波源共同            的結果，故單純的干涉與繞射圖形不易產生，干涉條紋中也可以觀察到繞射條紋；一般情況下，當我們強調能量的合成時，則視為            ，強調能量的分散時，則視為            。

雙狹縫動畫
單雙狹縫動畫