OCR A-Level 物理/电子、波和光子新规范/波

波的性质

行波是通过空间传播的振动。所有行波都将能量从一个地方传递到另一个地方。

横波是粒子振动方向垂直于波传播方向的波。纵波是粒子振动方向平行于波传播方向的波。

粒子的位移 $s$ 是粒子相对于平衡线或零位移线的距离。波的振幅 $A$ 是波中粒子在一个周期内达到的最大位移。波长 $\lambda$ 是波上两个相位相同的相邻点之间的距离。这些量用米 (m) 测量。

波的周期 $T$ 是波传播一个波长所需的时间。它用秒 (s) 测量。

频率 $f$ 是单位时间内通过某一点的波长数。它用每秒 (s^-1) 的次数来衡量，这相当于另一种单位，赫兹 (Hz)。

波速 $v$ 是波在单位时间内传播的距离。它用米每秒 (ms^-1) 测量。

频率与波的周期通过以下方程相关联；

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

速度与距离 ${\textstyle d}$ 和时间 ${\textstyle t}$ 通过以下方程相关联；

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

波在一个周期 $T$ 内传播一个波长 $\lambda$ 的距离，因此；

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

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

${\textstyle v=f\lambda }$

以上称为波速方程，它将波速与频率和周期联系起来。

相位差 $\phi$ 是两个振荡粒子的相位差。这是两个粒子完成振荡的几分之一的差异。

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

其中 $x$ 是两个粒子之间的距离。

反射发生在波在两种介质之间的边界处改变方向但保留在原始介质中的时候。入射波与波遇到边界处边界法线所成的角（入射角 ${\textstyle \theta _{i}}$ ）总是等于反射波与法线所成的角（反射角 ${\textstyle \theta _{r}}$ ）。

折射发生在波从一种介质移动到另一种介质时改变速度和方向的时候。波的频率保持不变。这意味着初始和最终波长和速度以以下方式相关；

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

衍射是指波通过狭窄的缝隙或绕过障碍物时发生的传播现象。为了发生这种情况，缝隙的宽度 ${\textstyle W}$ 必须大致等于波的波长 ${\textstyle \lambda }$ 。

${\textstyle W\approx \lambda }$

当宽度远大于波长时，衍射很小。

偏振是使波变为平面偏振的过程。平面偏振波仅在一个平面上振动。

偏振滤光片会阻挡不在所需平面内对齐的光。如果一个波在所需平面上有一个分量，则偏振滤光片产生的波将具有较低的强度。如果一个波垂直于所需平面，则偏振滤光片将阻挡 100% 的辐射，并且结果强度将等于零。

波的强度 ${\textstyle I}$ 定义为辐射功率 ${\textstyle P}$ 垂直通过单位面积 ${\textstyle A}$ ，符号表示为：

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

平方反比定律指出，波的强度与表面和光源之间距离的平方成反比；

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

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

由于强度是单位面积功率的量度，因此它的单位是瓦特每平方米或 Wm^-2。

电磁 (EM) 波谱记录了所有不同类型的波，从无线电波 (最长波长) 到伽马射线 (最短波长)。