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物理 · 课程

连接波长、频率与波速

你能背出波动公式,但一遇到厘米、千赫兹或一串波的数量,数字就变得难以把握。

本页内容
  1. 这三个量到底是什么意思?
  2. 怎样用公式才不容易出错?
  3. 例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

波动公式说的是:波速 = 频率 × 波长,即 v = f × λ。它把三个量联系起来,你可以在涟漪水槽、绳子或图示中测得这三个量,几乎每道波动题都会用到。

这一课属于波的行为。它建立在测量与物理量中养成的单位习惯之上。

这三个量到底是什么意思?

波长(wavelength)λ 是波上一点到下一个波同一点的距离,例如波峰到波峰。单位是米。

频率(frequency)f 是每秒通过某一点的完整波的数量。每秒一个波就是 1 赫兹(Hz)。波速(speed)v 是波的图样每秒前进的距离,单位是米每秒(m/s)。

如果每秒有 f 个波通过,每个波长为 λ,那么图样每秒前进 f × λ 米。这就是公式成立的全部原因。

怎样用公式才不容易出错?

  1. 写下已知量和单位,并标出要求的量。
  2. 换成基本单位:赫兹、米、秒。所以 kHz 变成 Hz(× 1000),cm 变成 m(÷ 100),周期用 f = 1 ÷ T 变成频率。
  3. 先变形:f = v ÷ λ,λ = v ÷ f。
  4. 代入并计算,然后写上单位。
  5. 检查大小是否合理:水槽里的涟漪如果算出 300 m/s,就是警告信号。

例题

涟漪水槽中的振动器(dipper)在 3.0 s 内产生 12 个波。

一位学生测得 5 个完整波的总长度为 0.30 m。(自编示例数据。)求波速。

**第 1 步,频率:**3.0 s 内 12 个波,f = 12 ÷ 3.0 = 4.0 Hz。

**第 2 步,波长:**5 个波跨越 0.30 m,所以一个波长是 0.30 ÷ 5 = 0.060 m。

**第 3 步,公式:**v = f × λ = 4.0 × 0.060 = 0.24 m/s。

**第 4 步,检查:**v ÷ f = 0.24 ÷ 4.0 = 0.060 m,与波长吻合。0.24 m/s 对浅水涟漪来说是合理的。

五个波跨越 0.30 m例题的按比例波形图:五个完整的波跨越 0.30 m,所以一个波长(波峰到波峰)是 0.060 m。f = 4.0 Hz 时,v = 0.24 m/s。 λ = 0.30 ÷ 5 = 0.060 m5 个波长 = 0.30 mf = 12 ÷ 3.0 = 4.0 Hz,v = fλ = 4.0 × 0.060 = 0.24 m/s
一个波长是波峰到波峰,而不是整段测量长度。

要留意的错误

常见的错误是把整段测量距离当成一个波长。

**错误答案:**v = 4.0 × 0.30 = 1.2 m/s

0.30 m 包含的是五个波,不是一个,所以算出的速度大了五倍。

纠正的方法是每次都问自己:“这段距离包含几个波长?”然后除以这个数。单位也要同样小心:读作 6.0 cm 的波长,相乘之前必须换成 0.060 m。

当测得的波长只有两位有效数字时,可以用界限与修约讲解器看看这会怎样限制波速的精度。

自我检测

1. 频率 50 Hz 的声音,波长为 6.8 m。求波速。

查看答案

v = f × λ = 50 × 6.8 = 340 m/s。

2. 无线电波的速度为 3.0 × 10⁸ m/s,频率为 1.5 × 10⁸ Hz。求波长。

查看答案

λ = v ÷ f = (3.0 × 10⁸) ÷ (1.5 × 10⁸) = 2.0 m。

3. 绳上的波周期为 0.020 s,波长为 0.50 m。求频率和波速。

查看答案

f = 1 ÷ 0.020 = 50 Hz。v = 50 × 0.50 = 25 m/s。

接下来学什么

下一步,在读取振幅,不要加倍中看看波的高度说明了什么。准备好后,用波的行为练习题测试整个单元。

每一步都看得懂,题目一把单位或波的数量藏起来就丢分,是这一课常见的情况。线上一对一物理补习的老师可以看着你的解题过程,找出出错的那一步。

常见问题

波的频率和波速有什么区别?

频率是每秒通过某一点的完整波的数量,单位是赫兹。波速是波的图样每秒前进的距离,单位是米每秒。波可以频率很高但速度很慢,因为速度还取决于波长。

使用 v = f × λ 之前要先换算千赫兹和厘米吗?

要。先换成赫兹和米,这样算出的波速单位才是米每秒。例如 2.5 kHz 是 2500 Hz,12 cm 是 0.12 m。如果把厘米的波长和赫兹的频率相乘,得到的是 cm/s,很容易写错单位。

怎样由周期求频率?

频率是周期的倒数:f = 1 ÷ T,其中 T 是一个完整波所用的时间,单位为秒。如果一个波需要 0.020 s,频率就是 1 ÷ 0.020 = 50 Hz。相除之前先确认时间的单位是秒。

更新于:

下一步

如果公式已经清楚,却总在单位或数波上出错,一对一的老师可以实时看你的解题过程,找出具体出错的那一步。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

家长:在这里咨询

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