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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中物理 波的性质

往湖里扔一块石头，水波会向外扩散，但水本身并没有流向远处，水只是在原地上下起伏，向外传出去的只是振动和能量。像这样传播开来的振动就是波。 振动方向与传播方向垂直的是横波，平行的是纵波；波速 v 等于频率 f 与波长 λ 的乘积，即 v = fλ。 在同一种介质中波速是确定的，所以频率提高多少倍，波长就缩短为原来的几分之一。 两列波相遇时位移相加，根据相位差的不同，会出现相互加强的干涉或相互减弱的干涉。

什么是波

🌊 水波传递的是什么
①往湖里扔一块石头，水波一圈圈向外扩散
②漂在水面上的树叶只在原地上下起伏，不会随水波漂向远处
③波是一处的振动依次传给相邻部分、同时传递能量的现象
④介质只在原地振动，传到远处的是振动和能量

分类

横波与纵波
类别横波纵波
振动方向与传播方向垂直与传播方向平行
例光（电磁波）、绳上的波、地震的横波（S 波）声波、前后推动弹簧形成的波、地震的纵波（P 波）
介质绳波需要介质，光不需要需要（声音不能在真空中传播）
特征有偏振现象密部和疏部交替出现

横波与 v = fλ

5 Hz
5 （相对刻度）
波速
v = fλ
波速（m/s）= 频率（Hz）× 波长（m）
💡 为什么 v = fλ
①波源 1 秒内振动 f 次，就产生 f 个波
②每个波的长度是 λ，所以 1 秒内波传播的距离是 f × λ，这就是波速 v
③波速由介质决定，所以在图中改变频率，v = 100 m/s 不变，波长变为 λ = v/f
④振幅 A 是画面上的相对刻度。A 越大，波传递的能量越多（声音则越响），但波速和波长不变

叠加与干涉

0°
周期与频率
T = 1f
周期（s）是完成一次振动所用的时间，等于频率（Hz）的倒数
🔑 叠加原理
①两列波相遇处的位移等于两个位移之和（叠加原理）
②相位差为 0° 时，波峰与波峰重合，振幅变为两倍（相长干涉）
③相位差为 180° 时，波峰与波谷重合，振幅变为 0（相消干涉）
④相位差为两者之间的 φ 时，合成波的振幅是单列波振幅的 2|cos(φ/2)| 倍
⑤两列波相互穿过后，仍保持原来的形状继续传播

波的四种性质

🔄 反射、折射、干涉、衍射
①反射：波在界面上返回，入射角等于反射角
②折射：进入另一种介质时速度改变，传播方向发生偏折
③干涉：两列波叠加，相互加强或相互减弱
④衍射：波绕到障碍物后面或穿过窄缝后散开，波长越长越明显
⑤这四种性质是光、声、水波等一切波共有的

例题演练

例题 1
频率 50 Hz、波长 4 m 的波的速度是多少？
1
用波速公式 v = fλ。
v = fλ
2
代入 f = 50 Hz、λ = 4 m。
v = 50 × 4 = 200 m/s
▸ 200 m/s
1 秒内产生 50 个波，每个长 4 m，所以波 1 秒内前进 200 m。
例题 2
速度 340 m/s 的声波周期为 0.002 s 时，该声波的波长是多少？
1
先用周期的倒数求频率：f = 1/T。
f = 1T = 10.002 = 500 Hz
2
由 v = fλ 计算 λ = v/f。
λ = vf = 340500 = 0.68 m
▸ 0.68 m
已知周期 T 时，先用 f = 1/T 求出频率，再代入 v = fλ。

总结

波的核心公式
v = fλ = λ/T
波速 = 频率 × 波长 = 波长 ÷ 周期
韩国高考类题改编
在同一介质中传播的波，若频率提高到 2 倍，波长如何变化？
①变为 2 倍
②变为 4 倍
③不变
④变为 12 倍
⑤变为 14 倍
▸ ④ 变为 12 倍
1
在同一介质中波速 v 不变，所以在 v = fλ 中 f 与 λ 成反比。
v = fλ = 恒定
2
f 变为原来的 2 倍，λ 就变为原来的一半。
λ = vf ⇒ f×2 ⇒ λ÷2
🎯 考试要点
①v = fλ 是联系波速、频率和波长的基本公式
②波速由介质决定，与频率和振幅无关
③横波的振动方向与传播方向垂直（光），纵波则平行（声）
④根据叠加原理，合位移等于各列波位移之和
⑤反射、折射、干涉、衍射是一切波的共同性质
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