國二(上)理化單元 3 : 波動與聲音 - CP值最高的理化教學網站

波動與聲音的重點如下 :

Table of Contents

波的傳播

依照『介質有無』和『介質運動方向跟波傳播方向』來分類 :

依介質有無

◆ 若需要介質才能傳遞波，則稱為『力學波』，舉例有聲波、水波、繩波…。若不需要介質就能傳遞波，則稱為『非力學波』，舉例有光波、電磁波…。

依介質運動方向跟波傳播方向

◆ 若介質運動方向跟波傳遞方向垂直，則稱為『橫波』。若介質運動方向跟波傳遞方向平行，則稱為『縱波』。

標準波形圖示意圖

底下這張圖為最標準的波，請把它各個名詞定義跟圖片結合 :

波的重要特性

◆ 介質只在原地做往返震動，不隨波前進。

◆ 波長(λ) : 三個可以觀察的點，分別為『波峰到波峰的距離』、『波谷到波谷的距離』

或『包含一個波峰到波谷的距離』。

◆ 週期(T) : 產生 1 個全波所需要的時間(Sec)。

◆ 頻率(f) : 1 秒可以產生幾個全波。

◆ 波速(v) : 波前進的速度，公式為

波速(v)

= 波長(λ) / 週期(T)

= 波長(λ) x 頻率(f)

(備註 : 頻率 x 週期 = 1)

◆ 在相同環境，相同介質狀況下，波速相同。表示在相同介質，相同環境底下，波速與週期(T)跟頻率(f)無關。

上面的特性會考全部考過喔，請好好理解和記下來 !

聲音的傳播

聲波傳遞需要介質嗎？

◆ 聲音的傳播需要有介質，所以聲波是力學波，而『波以耳實驗』就是在證明這個現象。

聲速的特性

◆ 聲音的速度(v)與頻率(f)無關，只與『介質種類』和『環境溫、濕度和風速』相關。

◆ 聲波在不同介質底下的速度比較 : 固體 > 液體 > 氣體。(記憶 : 越硬越快)。

◆ 環境溫度越高，聲速(v)越快，經驗公式 : 聲速 = 331 + (0.6 x 溫度)。

◆ 還有一個最重要的公式，被提出來先講，就是

-『速度 = 位移 / 所經時間』

-『速率 = 所走距離 / 所經時間』

波的反射定律

◆ 波的反射定律，一定遵守『入射角 = 反射角』。而聲波的反射波就被稱為回聲。

◆ 入射波與反射波的不同點在於方向改變跟振福變小(因為撞到，所以能量被消耗)。而相同點則在於波速相同(因為波速的相同，所以波長、週期跟頻率都也變得都一樣)。

回聲

◆ 回聲與原聲需相差 0.1 秒以上，人腦才能分辨他們是不同的。(以聲速 340 m/s 來計，至少需距離障礙物 17 公尺，你發出的聲音才有回聲的效果)。

◆ 回聲可用來做『測距離』的用途。例如倒車雷達、潛艇聲納… 等。

聲波穿透後或反射後的變化

◆ 如果今天聲波由空氣進入到水中(聲波穿透不同介質)，那什麼會改變，什麼不會改變 ?

先講不會改變的，聲波的頻率跟週期不會改變，然後呢 ? 沒有然後惹。那改變的有什麼 ? 聲速會變快(因為水中的聲速比空氣中來的大)，還有波長也會改變，為什麼 ? 因為『聲速 = 聲波波長 x 聲波頻率 = 聲音波長 x 聲波週期 』，在聲波頻率及聲波週期不變的狀況下，聲速變大，則聲波波長變大 !

◆ 如果今天聲波撞到障礙物產生回聲(聲波反射)，那什麼會改變 ? 什麼不會改變 ?

一樣先講不改變的，聲速不會改變(因為原聲跟回聲都在同一介質底下)，聲波的頻率跟週期一樣也沒變，那改變的有什麼 ? 原聲跟回聲的前進方向改變，還有聲音響度變小了(因為能量消耗)。

重點就是要跟你講說 :

不管聲波的穿透或反射，聲波的頻率和週期都不會改變喔 ! (因為聲波的頻率跟週期是由發音體一開始就決定好了的，所以不會因為撞到障礙物或介質改變而變化)

但若是穿透不同介質，聲速會改變 ; 但若是撞到障礙物反射，聲速不會改變 !