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一、波的反射 (Reflection) 定義： 波在傳播過程中遇到不同介質的分界面時，一部分波返回原介質的現象。 例如：光照到鏡子上會反射，聲波遇到牆壁會產生回聲。 反射定律： 入射線、反射線和法線在同一平面內。 反射角等於入射角。 入射角：入射線與法線的夾角。 反射角：反射線與法線的夾角。 法線：在反射點與反射面垂直的直線。 反射的種類： 規則反射：發生在光滑的反射面上，反射光線沿著一定的方向傳播，例如鏡面反射。 漫反射：發生在粗糙的反射面上，反射光線向各個方向散射，例如物體表面反射光。 應用： 鏡子、反光板、雷達、聲吶等。 二、波的折射 (Refraction) 定義： 波在從一種介質進入另一種介質時，傳播方向發生改變的現象。 例如：光從空氣進入水中，聲波從空氣進入牆壁。 折射定律： 入射線、折射線和法線在同一平面內。 入射角和折射角的正弦之比等於兩種介質中波速之比。 sinθ₁/sinθ₂ = v₁/v₂ = n₂/n₁ θ₁：入射角 θ₂：折射角 v₁：波在第一種介質中的速度 v₂：波在第二種介質中的速度 n₁：第一種介質的折射率 n₂：第二種介質的折射率 折射率 (n)： 表示光在某種介質中傳播速度相對於真空的比例。 n = c/v c：真空中的光速（約 3 × 10⁸ m/s） v：介質中的光速 折射率越大，光在介質中的速度越慢。 全反射： 當光從光密介質（折射率較大的介質）射向光疏介質（折射率較小的介質）時，入射角增大到一定程度，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現象。 發生全反射的條件： 光從光密介質射向光疏介質。 入射角大於或等於臨界角 (θc)。 臨界角：sinθc = n₂/n₁ （其中 n₁ > n₂） 應用： 透鏡、棱鏡、光纖、海市蜃樓等。 三、波的干涉 (Interference) 定義： 兩列或多列頻率相同、相位差恆定的波在空間中疊加，使某些區域的振幅增大，某些區域的振幅減小的現象。 發生干涉的條件： 兩列波的頻率相同。 兩列波的相位差恆定（相干波源）。 兩列波的振動方向相同。 干涉圖樣： 加強區（振幅最大）： 兩列波到達該點的波程差 (Δr) 等於波長的整數倍：Δr = kλ (k = 0, 1, 2, ...) 兩列波到達該點的相位差 (Δφ) 等於 2π 的整數倍：Δφ = 2kπ (k = 0, 1, 2, ...) 減弱區（振幅最小）： 兩列波到達該點的波程差 (Δr) 等於半波長的奇數倍：Δr = (2k+1)λ/2 (k = 0, 1, 2, ...) 兩列波到達該點的相位差 (Δφ) 等於 π 的奇數倍：Δφ = (2k+1)π (k = 0, 1, 2, ...) 雙縫干涉： 是典型的干涉實驗，由楊氏雙縫實驗證明光的波動性。 相鄰兩個亮條紋或暗條紋之間的距離（條紋間距）：Δx = λL/d λ：波長 L：雙縫到屏幕的距離 d：雙縫之間的距離 條紋間距與波長成正比，與雙縫間距成反比。 應用： 全息攝影、光學儀器的精度檢測、消聲技術等。 四、波的繞射 (Diffraction) 定義： 波在傳播過程中遇到障礙物或小孔時，能夠繞過障礙物或小孔繼續傳播的現象。 繞射是波的特有性質，也是波與直線傳播的重要區別。 發生明顯繞射的條件： 障礙物或小孔的尺寸與波長相近，或者小於波長。 波長越長，繞射現象越明顯。 繞射的種類： 單縫繞射：波通過一個狹縫時發生的繞射現象。 圓孔繞射：波通過一個圓孔時發生的繞射現象。 愛里斑: 圓孔繞射產生的圖案。 應用： 雷達、無線電通信、光柵、X 射線衍射等。 五、總結與比較 現象 定義 條件 特點 應用 反射 波遇到界面返回原介質 界面存在 反射角等於入射角 鏡子、雷達 折射 波進入另一介質，傳播方向改變 兩種不同介質，且波速不同 入射角與折射角滿足折射定律，可能發生全反射 透鏡、光纖 干涉 兩列頻率相同、相位差恆定的波疊加，某些區域振幅增大，某些區域振幅減小 兩列相干波源 形成穩定的干涉圖樣，加強區和減弱區交替出現 全息攝影、消聲技術 繞射 波遇到障礙物或小孔時，繞過障礙物繼續傳播 障礙物或小孔的尺寸與波長相近或小於波長 波的傳播方向發生改變，波可以繞過障礙物傳播 雷達、光柵 六、解題技巧 明確波的類型：首先要確定是機械波還是電磁波。 注意幾何關係：在解決反射和折射問題時，要畫出光路圖或波的傳播圖，利用幾何關係分析入射角、反射角和折射角。 應用公式：熟練掌握反射定律、折射定律、干涉條件和繞射條件，並靈活應用。 理解干涉和繞射的本質：干涉是多列波的疊加，繞射是波的傳播方向的改變。 惠更斯原理: 波在傳播的過程中，波前的每個點都可以看作是新的波源，由此可以解釋波的繞射，干涉現象。 七、總結 波的反射、折射、干涉和繞射是波動光學和聲學中非常重要的概念。理解這些概念的定義、規律和應用，可以幫助你更好地理解波的性質和行為。