基础物理课本波.docx

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基础物理课本波

　波

6-1波速、频率与波长

6-2波的特性

6-3都卜勒效应

6-4光（示范实验：

杨氏双狭缝干涉）

6-5电磁波

本章教学理念

　　了解波的基本特性﹐再延伸到波的都卜勒效应﹐并知道光是电磁波的一种﹐光具有波的各种性质。

起伏的海浪﹑悠扬的声音﹑炫丽的光线﹐让世界显得多采多姿﹐而这些都与波动有关连。

6-1教学理念

　　说明波速﹑频率﹑波长的基本概念与彼此之间的关系。

6-1　波速﹑频率与波长

　　将一长直绳水平置于地面上﹐在绳之一端上下抖动一次后﹐可见到绳上有一凸起处﹐向前持续传到末端（图6-1（A））；微风阵阵吹袭海面﹐海面会出现一道道波浪稳定向前推进﹐在中国杭州的钱塘江口可观赏到。

当这些波浪从外海进入狭窄的钱塘江后﹐形成高约3公尺﹑速度约6公尺／秒的波浪﹐且稳定地朝向岸边行进约数公里长而不消失（图6-1（B））。

这种受到外界干扰影响（如摆动﹑风吹）时﹐所产生的扰动或凸起的部分﹐称为波；而这种扰动或波可向外传播到他处的现象﹐称为波动。

图6-1　（A）上下扰动绳子形成绳波。

（B）钱塘江上的波浪稳定地向前行进。

　　就像说话时﹐我们声带的振动会引起空气的扰动﹐这个扰动随即向外传播﹐也是一种波动现象﹐所传播出去的波﹐则称为声波（图6-2）。

又如在平静的水面上投下一颗石头﹐水面会产生凹凸的扰动﹐这个扰动随即向四周传播﹐也是一种波动现象﹐所传播出去的波称为水波。

其中凸起的最高点﹐称为波峰﹐凹陷的最低点﹐称为波谷。

图6-2　声波的示意图

声波小实验﹑发声原理

　　在平静水面某处的上方﹐每间隔0.25秒就放下一颗小钢珠﹐那水面就会每秒产生数个水波依序向外传播（图6-3）。

此种有规律反复所产生出的波﹐称为周期波。

其中水平面到波峰或波谷的高度称为振幅（amplitude）；相邻两个波峰或波谷之间的距离﹐称为波长（wavelength）；每单位时间所产生的波数﹐称为频率（frequency）﹐单位为1∕秒﹐也称为赫兹（记为Hz）。

图6-3　水波侧面图：

水面上所产生连续有规则的水波﹐为一种周期波。

　　若从波源位置每秒发出f个完整波形﹐而每一个完整波的长度为λ﹐则水波每1秒前进距离为fλ﹐即周期波传播的速度或波速v﹐可由波长λ与频率f表示为

v＝fλ（6.1）

例如每秒产生4个水波﹐波长为5公分﹐则1秒后水波前进了4×5＝20（公分）﹐即水波的波速为20公分∕秒。

范例　6-1

下图所示为绳波在某一瞬间的波形﹐则：

（1）　绳波的波长为何？

（2）　波峰A在1.5s之前﹐处于位置D﹐则绳波的波速为何？

（3）　此绳波的频率为何？

　　分析　　波长λ是相邻两波峰之间的距离。

波的速度v＝

＝频率f×波长λ

　　　解　　

（1）

＝2.0（m）

（2）v＝

＝4.0（m／s）

（3）4.0＝f×2.0ðf＝2.0（Hz）

6-2教学理念

　　说明波的反射﹑折射﹑干涉与绕射现象﹐并介绍水波或声波等简单的例子﹐不推导任何数学公式﹐仅做定性的介绍。

6-2　波的特性

　　水波槽是研究水波性质的一种有用之简单装置（图6-4）。

当槽中水面静止时﹐水波槽正上方的平行光源所发出的光﹐可穿过水面到达下方的屏幕﹐而无阴影。

当水面产生水波时﹐凸起的波峰可使光线会聚﹐在屏幕上呈现明亮的亮带﹐凹陷的波谷可使光线发散﹐在屏幕上呈现阴暗的暗带。

图6-4　水波槽装置

　　如果利用起波器有规则的连续不断轻轻拍打水面﹐则水面可产生周期性的水波﹐在屏幕上就会出现明暗相间有规则的条纹。

若起波器为小圆球﹐所呈现的将为明暗相间之同心圆（图6-5A））；若起波器为水平木条﹐所呈现的则是明暗相间之直线条纹（图6-5（B））。

图6-5　（A）水波槽中﹐圆形波呈现明暗相间之同心圆。

（B）水波槽中﹐线形波呈现明暗相间之直线条纹。

反　射超声波

以木条垂直拍击水面一次﹐水面就会产生一个水波﹐稳定的向外传播。

若槽中放置有一个障碍物﹐可观察到水波遇到障碍物后﹐行进方向将会发生改变﹐此现象称为反射（reflection）（图6-6）。

若产生连续的周期性水波﹐反射后水波的波长及频率都维持相同﹐不会发生改变。

图6-6　（A）在水面上产生连续的水波。

（B）水波遇障碍物后行进方向发生改变。

（C）反射的水波。

（

表示水波的进入方向；

表示水波的反射方向）。

折　射　光的干涉与绕射、波的干涉

　　水波进入不同深度的区域时﹐会无法维持原来的前进方向﹐而会发生偏折﹐称为折射（refraction）（图6-7）。

图中可观察到水波自深水区进入浅水区后﹐水波波长变短﹐由于每秒中所产生之水波﹐不论在何处﹐既不会消失﹐也不会停滞不前﹐换言之﹐在不同深浅区域中﹐每秒通过的水波数目仍然固定不变﹐即折射前后水波频率恒定。

由式（6.1）﹐当频率不变﹐波长变小时﹐波速会变小。

即在折射进入浅水区后﹐波速也就会变小。

若水波由浅水区进入至深水区﹐也会发生类似的折射现象﹐折射入深水区后﹐波长变长﹐波速也随着变大。

图6-7　（A）水波由深水区进入浅水区的示意图。

（B）水波由浅水区进入深水区的示意图（

表示水波的行进方向）。

干　涉

　　在水波槽中﹐若起波器为两个靠近﹐可同时上下振动﹐且振动频率相等的小圆球﹐起动后﹐产生的两组圆形波相遇时﹐可形成很特殊现象﹐像这样两个（或两个以上）波相遇﹐造成互相干扰的现象称为干涉（interference）（图6-8）﹐干涉时某些位置的振幅会增强﹑某些位置的振幅会减弱。

图中某些区域的水面没有凹凸变化﹐因此屏幕上没有明暗相间的条纹出现﹐称为节线。

在两相邻节线之间﹐则有明暗条纹交互出现。

图6-8　两个振动频率相同的水波﹐交会时所形成的干涉图形。

无明暗交互出现的区域﹐称为节线（以红色曲线N表示）。

注　参考书末附件一操作胶片.。

绕　射

　　在水波槽实验中还可发现﹐当直线形的水波经过障碍物的边缘时﹐波会扩散到障碍物后方﹐这种现象称为绕射（diffraction）（图6-9）。

发生绕射时﹐波的速率﹑频率和波长都保持不变。

图6-9　直线形水波遇到障碍物后﹐可看到波会扩散到障碍物后方﹐称为水波之绕射。

　　线形水波通过隙缝时﹐由于在隙缝边缘产生的绕射﹐会使通过隙缝之后的波形发生改变（图6-10（A））。

若以相同的水波波长进入不同宽度的隙缝﹐可发现隙缝愈小﹐所产生的绕射现象愈明显﹐绕射后水波所涵盖的区域远大于隙缝的寛度（图6-10（B））。

水波所具有的上述这些反射﹑折射﹑干涉及绕射现象﹐可以具体地代表一般波动的特性。

图6-10　线形波经过有隙缝的障碍物所产生的绕射现象：

（A）通过宽隙缝时发生的绕射。

（B）通过窄隙缝时发生的绕射﹐所涵盖区域远大于窄隙缝的宽度。

范例　6-2

右图所示为水波在两个不同深度区域中传播的部分波形﹐

为不同深度的界线﹐可知

（A）乙为浅水区﹐波速较快　（B）乙为浅水区﹐波速较慢　（C）乙为深水区﹐波速较快　（D）乙为深水区﹐波速较慢。

　　分析　　浅水区的波速较慢﹐深水区的波速较快。

　　　解　　折射时﹐频率不变。

乙区波长较小﹐故知乙区速度较慢﹐为浅水区﹐选（B）。

6-3教学理念

　　仅定性的利用声波介绍都卜勒效应。

6-3　都卜勒效应

　　当鸣着笛声的消防车呼啸而来时﹐除了笛声的音量变大之外﹐笛声的音调也较远离时尖锐！

观察发现﹐当车子靠近人时﹐人所听到的笛声频率会高于车子静止时所发出的笛声频率；当车子远离人时﹐频率则变低。

这种因为声源（车子）与接收者（人）之间的相对运动﹐造成接收者所接收到的频率﹐与声源静止时所发出的声音频率不同的现象﹐称为都卜勒效应（Dopplereffect）。

　　每当声源（如图6-11喇叭内的振动膜片）来回振动一次﹐造成膜片向右推动时﹐便会挤压附近的空气分子﹐使分子间距离变小﹐形成密部区；而当膜片向左收缩时﹐附近空气分子的活动空间变大﹐而会形成疏部区。

因此若声源反复周期性地振动﹐就可使空气分子形成连续有规则的疏密相间形式﹐而形成声波﹐或称为疏密波。

而相邻两密部间之距离﹐称为波长。

由于声波中空气分子的振动方向与波前进方向平行﹐亦称为纵波。

图6-11　若声源反复周期性振动﹐会使空气分子形成连续的疏密分布。

音叉的波形

　　振动频率固定的声源﹐所发出声波的波长也就固定。

若声源在空气中向四处传播﹐则所产生的各个密部将出现在以声源为球心的同心圆上。

如图6-12﹐当声源静止时﹐所发出声音的密部位置可以同心球面A﹑B﹑C﹑D来表示。

两个静止的聆听者甲﹑乙﹐与声源的距离虽不同﹐但会接收到相同波长的声音﹐由关系式v＝fλ〔式（6.1）〕﹐若声速维持不变﹐声波波长相同﹐即代表甲﹑乙两人会接受到相同频率的声音。

也就是当声源和观测者相对静止时﹐在任何位置的观测者所接收到的声音频率﹐都等于声源所发出的频率。

图6-12　钢琴演奏时﹐坐在不同位置的听众会听到相同的演奏音调﹐这是因声源静止时﹐甲﹑乙聆听到的声波波长（图中以λ表示）﹐皆等于声源发出的声波波长；也表示甲﹑乙聆听到的声波频率﹐等于声源发出的声波频率。

　　当声源移动﹐观测者静止时﹐由于声源位置不固定﹐所产生声波的密部不再是出现在固定圆心的同心球面上。

如图6-13﹐等速移动的消防车所发出声波的密部：

A﹑B﹑C﹑D﹐是以声源分别在O1﹑O2﹑O3﹑O4位置时发出声波的密部。

由于声源靠近听者甲﹐他所接收到的声波波长变短﹐或频率变高。

另一方面﹐由于声源远离听者乙﹐他所接收到的声波波长变长﹐或频率变低。

换言之﹐当声源靠近观测者时﹐所接收到的声波频率会高于声源静止时的频率。

反之﹐当声源远离观测者时﹐所接收到的声波频率会低于声源静止时的频率。

图6-13　声源等速度移动时﹐甲测量到的声波波长（λ甲）较声源发出的声波波长（λ）短﹐所以甲听到的声波频率高于声源发出的频率。

乙测得的声波波长（λ乙）变长，所以听到的声波频率低于声源发出的频率。

都卜勒

音爆VS震波

　　当声源和观测者都静止时﹐观测者所接收到声音的频率等于声源发出声音的频率。

而当观测者向声源靠近时﹐将会额外多接收到一些波数。

例如图6-14（A）﹐1秒内通过静止观测者O1的声波数为n﹐当她向声源靠近时﹐假设她每秒前进的距离是波长的2倍﹐则1秒内通过她的声波数增加了2﹐成为n＋2（图6-14（B））。

即当观测者靠近声源时﹐所听到的声波频率会高于声源发出声音的频率。

反之﹐当观测者远离声源时﹐所听到的声波频率会低于声源发出声音的频率。

图6-14　（A）当观测者静止时﹐1秒内通过观测者O1及观测者O2的声波数﹐都等于声源发出声音的频率n。

（B）当观测者靠近或远离静止的声源时﹐所接收到的频率与声源发出声音的频率n不同。

　　综合以上几种情况可知﹐当声源与观测者有相对运动时﹐观测者所接收到的声音频率﹐与声源发出的频率并不相同。

当声源与观测者相对靠近时﹐观测者接收到的声音频率﹐会高于声源发出的频率；当声源与观测者相对远离时﹐观测者接收到的声音频率﹐会低于声源发出的频率（表6-1）。

事实上﹐所有的波动都具有都卜勒效应﹐都卜勒效应也可以说是波动的一种特性。

表6-1　都卜勒效应

范例　6-3

如右图﹐位在S点的消防车静止时﹐发出频率为f的笛音﹐在下列哪些情况下﹐位在O点的小美﹐听到的笛音会较f为低？

（A）小美和消防车都静止时　

（B）小美静止﹐消防车向右运动　

（C）小美静止﹐消防车向左运动　

（D）消防车静止﹐小美向右运动　

（E）消防车静止﹐小美向左运动。

　　分析　　都卜勒效应：

当声源与观测者相对远离时﹐观测者所接收到的笛音频率会低于声源静止时发出的频率。

　　　解　　（A）小美和消防车都静止时﹐小美听到的笛音频率不变。

　　　　　　（B）小美静止﹐消防车向右运动﹐靠近观测者﹐故她听到的笛音频率变高。

　　　　　　（C）小美静止﹐消防车向左运动﹐远离观测者﹐故她听到的笛音频率变低。

　　　　　　（D）消防车静止﹐小美向右运动﹐远离声源﹐故她听到的笛音频率变低。

　　　　　　（E）消防车静止﹐小美向左运动﹐靠近声源﹐故她听到的笛音频率变高。

　　　　　　故选（C）（D）

6-4教学理念

　　介绍历史上关于光的两个主要理论：

微粒说与波动说。

并介绍光的反射﹑折射﹑干涉﹑绕射现象及杨氏双狭缝干涉实验﹐不推导任何数学公式。

6-4　光

一﹑光的微粒说与波动说

　　没有光﹐世界一片黑暗。

透过光我们的视觉才能发挥功能﹐也才得以认识及体会周遭的人物与环境。

自然界中由于光所产生的现象很多﹐像彩虹﹑日蚀等﹐人们很早对光的现象就产生高度兴趣﹐并进行许多研究。

到了牛顿时﹐他开始思考光的本质﹐并从自己所建立的力学观点出发﹐发表了光的微粒说（corpusculartheory）﹐认为光是由微小粒子组成﹐且遵守力学定律﹐由此可解释光的直线传播﹐并推导出光的反射与折射定律。

同时也预测了光在介质中（如水或玻璃等）的光速比在空气中快。

但是惠更斯（ChristiaanHuygens﹐1629∼1695﹐荷兰人）因为察觉两束光线可以互不干扰地交错传播﹐但粒子流动却无法避免互相干扰﹐而反对光的微粒观点﹐并首先提出了光的「波动说」﹐认为光是在介质中传递的一个扰动或波。

他的理论可以解释光的反射与折射现象﹐但他还不知道光的周期性﹐也没有频率与波长的概念。

　　光微粒理论受到最严格的挑战是来自于科学家杨氏（ThomasYoung﹐1773∼1829﹐英国人）（图6-15）。

1802年﹐他有名的双狭缝干涉（两个光波迭加时的现象）实验﹐更清晰地揭露了光的波动性。

图6-15　光的干涉学说之创始者─杨氏

　　到了二十世纪初﹐由于电磁波理论并无法解释光电效应的一些结果﹐爱因斯坦乃提出光也具有粒子性的概念﹐他认为电磁波是由许多具有特定能量的「光子」组成﹐具有粒子性﹐而得以圆满解释光电效应（在第8章会有详尽的介绍）。

今天﹐我们认为光有时呈现波动性﹐有时呈现粒子性﹐需要视光与周遭所处状况来决定其性质。

光的粒子性与波动性须交互使用﹐才能完整地描述光的现象。

二﹑光的反射与折射现象光的折射反射与全反射

反射定律圆形水盘的折射及反射现象

　　光与水波相似﹐它可在均匀介质中直线前进﹐若遇到其他不同介质时﹐会在两介质的界面上发生反射。

例如将平面镜贴于光盘中心的压克力板上﹐取强光源将光束射向平面镜中央（图6-17）﹐从光盘上可读取入射角与反射角。

若改变入射角﹐测量反射角的变化﹐可知光发生反射时遵守以下规则﹐并称为反射定律：

圆形刻度盘的反射现象

1.入射线﹑反射线位于与界面垂直的直线（法线）两侧﹐且三线在同一平面上。

2.入射角等于反射角。

其中入射角是入射线与法线的夹角（图6-16（B）中角A）﹐反射角则为反射线与法线的夹角（图6-16（A）中角B）。

图6-19　（A）反射定律实验。

（B）入射线﹑反射线及法线的相关位置图。

单向反射﹑漫射

镜面反射与漫反射

　　平行光射向平面镜时﹐反射光会反射到一特定方向上﹐这种平滑面的反射称为镜面反射（specularreflection）﹐镜子﹑玻璃及平滑的表面都会产生镜面反射﹐其成像是清晰的。

如图6-17（A）﹐平静无波的水面很平滑﹐灯泡经水面镜面反射呈现清晰的倒影﹐如图6-17（B）。

但当水面有波浪不平整时﹐则灯泡的倒影不规则﹐无法呈现原有形状﹐如图6-17（D）。

像这种平行光入射到不规则表面使反射光线反射至不同角度﹐或者说任意方向上都有反射光线（图6-17（C））﹐称此种反射为漫反射（diffusereflection）。

大部分物体的表面都不够平滑﹐所以对入射光线的反射都属于漫反射﹐如墙壁﹑教室的黑板﹑衣服等﹐由于漫反射的光线会散布在各方向﹐因此虽然物体本身不发光﹐却如同发光体一般向四面八方射出光线﹐因此在任意方向都可以看到物体。

图6-17　（A）为镜面反射﹐如（B）中灯泡在平静水面的倒影清晰﹔（C）为漫反射﹐如（D）中水面起伏不平﹐由远至近皆有灯泡的部分光线反射至观察者眼中﹐故看起来为长条状光影。

平面镜成像

　　我们几乎每天都会照镜子（图6-18（A））﹐平面镜成像具备哪些性质呢？

图6-18　（A）平面镜的成像。

（B）平面镜成像光路径图。

　　图6-18（B）中一平面镜铅直放置﹐若光自S点向四面八方射出（S点可能是个点光源﹐也可以是光经物体上某处漫射后）﹐反射后的光线无论从何处观察﹐有如从S'点发出。

故观察者在镜前任意位置﹐彷佛都感觉到有一固定位置的点光源位于S'。

若进一步利用几何关系﹐可得到下列结果：

1.像与原物体大小相等。

2.像与原物体相较上下不颠倒。

3.像到镜面的距离﹐等于物到镜面的距离。

　　像由实际光线的反向延伸决定位置﹐成像位置在镜后﹐光线实际上并未通过像的位置﹐光线也未实际自像射出﹐此种像称为虚像。

　　当两面平面镜垂直放置时（图6-19（A））﹐最多可同时看到三个像﹐两侧的像为一次反射所造成（图6-19（B）中的甲﹑丙）﹐而中间的像则为光线经两次反射所造成（图6-19（B）中的乙）。

图6-19　物体在两面镜子中的成像

光反射的应用用水做的光纤

　　除了平面镜之外﹐曲面镜对光的反射之应用也很广泛。

在叉路或弯路的转角﹐常可看到如图6-20（A）的设置﹐这是利用大型凸面镜的反射﹐得以看到比平面镜反射时大的视野﹐但看到的影像将比原来实物小。

化妆时所用的化妆镜具有放大脸部影像的功能﹐则是使用凹面镜装置（图6-20（B））。

　　探照灯﹑汽车前灯的反射板则都是抛物面镜﹐将灯泡置于抛物面的焦点﹐此时焦点所发出的光线射向镜面反射后﹐会平行射出﹐而可照射至远处﹐达到照明目的（图6--20（C））。

凹面镜像的变化

图6-20　（A）马路转角的凸面镜。

（B）具有放大功能的化妆镜。

（C）抛物面镜的反射﹐光源置于焦点上﹐反射光线会平行射出﹐不易分散。

折射现象光的折射之生活实例

　　光从一介质进入到另一介质时﹐在交界面会有部分反射及部分穿透。

也就是说有部分的光可进入第二介质﹐在进入第二介质后﹐光的行进方向会偏离原入射方向﹐这种现象称为光的折射（图6-21（A））。

观察折射现象可得知入射线﹑折射线﹑法线及反射线皆会位于同一平面上（此平面称入射面）﹐其中折射线与法线之夹角称为折射角（图6-21（B））。

图6-21　（A）光从水中进入空气时﹐在水面同时发生部分反射及部分折射。

（B）光的入射线﹑法线﹑折射线和反射线皆在同一平面上。

光从介质射向空气﹑光从液体射出空气

　　由于折射后造成光的前进方向改变﹐会使得观察者误认物体的实际位置。

插入水中的吸管看起来会向上弯折（图6-22）﹔清澈小河看起来会较实际深度为浅；从水面上看鱼﹐眼睛所见鱼的位置会比实际鱼的位置上升一些。

所以若想用鱼叉叉鱼﹐就不能对着眼睛所见到鱼的位置叉去！

图6-22　插入水中的吸管看起来有弯折﹐是由于光的折射所致。

光从空气射入液体

　　夕阳西下彷佛仍看到太阳在地平在线﹐其实太阳的实际位置早已落至地平线以下了﹐这是因为大气层对太阳光的折射所造成的（图6-23）。

另外﹐光经过四片胶片折射及反射后﹐会呈现出3D的三维效果（图6-24）。

图6-23　由于大气层的折射﹐夕阳的实际位置会比看到的高度低。

图6-24投射在胶片中央的光线经过折射及反射后呈现出3D的三维效果。

注　参考书末附件二操作胶片。

范例　6-4

将粗细均匀的红色吸管插入盛水之圆形透明玻璃杯内。

当人眼由杯外略高于水面的位置﹐透过水面与杯子侧面观看水中的吸管时﹐吸管看似折断﹐粗细也不均匀。

若以浅红色线段代表看到的水中吸管﹐则下列哪一个图是人眼所看到的景象？

　　分析　　1.水平面的折射使物体看起来深度变浅。

2.凸面的折射使物体变粗变大。

　　　解　　实际景像如右图﹐从水面上看下去﹐吸管看起来的深度比实际浅﹐所以影像向上偏折﹐而从侧面看时﹐杯中水有如凸透镜﹐看起来吸管变粗了﹐故选（A）。

三﹑光的干涉与绕射

　　当白光照射一不透明物﹐其上有两条平行的直线缝口﹐则在物体后方之屏幕上﹐一如日常所经验的﹐可看到两道平行的白光（图6-25（A））。

但当每条直缝宽度愈来愈细﹐且两条直缝间距愈来愈靠近时﹐可看到非常特殊明暗相间的条纹﹑或带状图案（图6-25（B））。

此种在光通过两个细缝﹐于后方屏幕所造成明暗相间条纹的现象﹐称为光的干涉。

　　若不透明物上有一条宽直缝﹐让蓝光照射此物﹐在后方屏幕上中央﹐可看到一道宽的蓝光（图6-26（A））。

但当直线宽度愈来愈细时﹐屏幕中央的蓝色光带也会随之变窄﹐且两侧会出现很多条明暗相间的条纹﹐感觉蓝光可向外扩散到两侧（图6-26（B））。

就像水波经过障碍物的边缘时﹐波形会扩散到障碍物后方一样。

此种在光通过一条细缝后﹐所造成的明暗相间条纹的现象﹐称为光的绕射。

　　干涉图案所呈现的是均匀且明暗相间条纹﹐绕射图案则是中间亮带特别的宽。

无论是双狭缝的干涉现象﹐或是单狭缝的绕射现象﹐都无法以光的粒子说来解释﹐而必须以光的波动性质才能够解释。

这两个现象是支持光波动理论的有力证据。

图6-25　（A）以白光照向有两条平行缝口之不透明物﹐后方屏幕上显示之图案并无干涉现象发生。

（B）隙缝变细﹑且隙缝间距变小后﹐屏幕上所显示的干涉图案。

图6-26　（A）以蓝光照向有一条宽直缝之不透明物﹐后方屏幕上的图案没有绕射现象发生。

（B）直缝宽度变细后﹐在屏幕上所显示的绕射图案。

图中中央亮纹强度相较其他条纹强很多﹐以致底片该处曝光过度呈白亮颜色﹐实际仍为蓝色。

示范实验　杨氏双狭缝干涉

1.如图6-27所示﹐将雷射笔对准双狭缝（见书末附件一操作胶片）﹐在学生可以清楚看见的距离处放置屏幕。

2.打开雷射笔﹐观察屏幕上产生条纹的图样。

图6-33　双狭缝的实验装置示意图

6-5教学理念

　　简要说明电场﹑磁场之交互感应﹐所以电磁场可以在空间中传播。

利用马克士威方程式可计算出电磁波在真空中传播的速度﹐认知到光即是电磁波。

并介绍电磁波谱及在日常生活中的应用。

6-5　电磁波

　　静止的电荷在空间中产生稳定的电场﹐稳定的电流在空间中产生稳定的磁场﹐另一方面﹐电磁感应则说明了﹐随时间变化的磁场亦可产生电场﹐接着马克士威基于方程式数学对称性的考虑﹐进一步推论得随时间变化的电场可产生磁场﹐如此交互感应所产生的电场﹑磁场可在空间中作规则性的变化向外传播出去﹐而形成电磁波（图6-28）。

马克士威并计算出电磁波在真空中的传播速率为3×108公尺∕秒﹐而此值正是当时所量测到光在真空中传播的速率﹐因而可推论光波是一种电磁波。

图6-28　电磁波的传播

　　物理学家赫兹（HeinrichRudolphHertz﹐1857～1894﹐德国人）于1888年在实验室以简单的电荷装置发射出电磁波。

1901年马可尼（GuglielmoMarconi﹐1874∼1937﹐意大利人）成功的传送无线电报﹐开启无线通信的时代。

除了可见光之外﹐还有许多其他形式的电磁波存在﹐电磁波的频率范围很广。

各种电磁波的频率或真空中的波长之分布﹐称为电磁波谱（electromagneticspectrum）（图6-29）。

以下按电磁波频率的范围由低至高﹐介绍在不同波段时的名称及其在日常生活中的应用。

图6-29　各种不同频率的电磁波之分布图

1.无线电波（radiowave）：

主要应用于