涵盖内容
在波中,本标准常出现在结构题里。专注的一堂课能把"我懂了"变成"我能拿分"。
如何考核
它可能出现在试卷一(客观题)与试卷二(结构题),若涉及实验,也可能出现在试卷三。我们不预测考题,而是为所有情况准备好技巧。
常见错误
如何学习
准确记住定义,用完整过程练一两道 SPM 风格的题目,并把它与波的其余部分联系起来。
你需要掌握的要点
当波从一种介质进入速率不同的另一种介质时,会发生折射,除非波沿法线方向传播,否则波的方向会改变。当波进入速率较小的区域,例如水波进入较浅的区域时,波长会减小,而频率保持完全不变,因为频率只取决于产生波的波源。
这可以利用波动方程v = fλ来理解:由于f不变,v的减小必然伴随着λ按比例减小。当波速变慢时,传播方向向法线偏折;当波速变快时,则偏离法线。
在水波槽中,可通过在部分水域下方放置玻璃板制造较浅区域来演示折射;穿过边界的直线波前在浅水区变得更密集并改变方向。图示必须显示边界处的法线、在速率较慢的浅水区波前更密集,以及传播方向正确地向法线偏折。
例题解析
在水波槽中,水波在深水区以0.30 m s⁻¹的速率传播,波长为0.03 m。利用v = fλ,可求得波源频率f = v/λ = 0.30 m s⁻¹ / 0.03 m = 10 Hz。
当同一水波进入速率减小为0.20 m s⁻¹的较浅区域时,频率保持不变,仍为10 Hz,因为频率取决于振动波源,而非介质。浅水区的新波长可通过将v = fλ变形为λ = v/f = 0.20 m s⁻¹ / 10 Hz = 0.02 m来计算。
这清楚表明,当波速变慢时,波长从0.03 m减小为0.02 m,而频率10 Hz始终保持不变。学生应将此分为两个独立步骤呈现:先求出原介质中的频率,再利用这个不变的频率求出第二介质中的新波长,并在每一步都标明正确的单位。
考试如何考查
第一卷题目考查折射过程中频率、波长或速率是否改变,常以判断陈述正误的形式出现,或要求利用v = fλ在两个区域间直接计算。第二卷结构题常给出深水区与浅水区之间有边界的水波槽图,并使用“说明”来指出哪些量保持不变、“解释”来说明为何波长改变而频率不变、“计算”来求未知的速率或波长,每一步运算都需标明单位。
“解释”类答案应提及波动方程,以及频率由波源决定这一事实。第三卷实验常涉及带玻璃板制造浅水区的水波槽,学生需观察并绘出波跨越边界时波前间距和方向的变化。
常见错误是误以为波折射时频率会改变,而实际上只有速率和波长改变;另一常见错误是忘记波速变慢时向法线偏折、波速变快时偏离法线这一规律。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)