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EXP_15

🌊 水波的反射實驗

實驗介紹

調整入射角、波長 $\lambda$ 與波速 $v$，觀察水波撞上固定障礙物時入射波與反射波的波前變化。畫面會即時標註入射角與反射角，並可切換平面波與圓形波兩種模式；勾選「顯示波前」後動態波前會疊在反射面上方。

物理知識與公式

反射定律

\[\theta_i = \theta_r\]

入射角等於反射角（都從法線量起），且入射線、反射線與法線在同一平面內。

波前與射線

  • 射線描述波的傳播方向，垂直於波前
  • 平面波的波前是平行直線，反射後仍是平行直線
  • 圓形波的波前是同心圓弧，反射後看起來像是從虛像源發出

波速、波長與頻率

反射不改變波的頻率和波長，只改變傳播方向：

\[v = f \lambda\]
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📊 實驗探究思考

  1. 將入射角設為 0°（正向入射），觀察入射波與反射波的波前關係。此時反射波的傳播方向有什麼特點？
  2. 將入射角調為 45°，觀察右側角度標註，反射角是否等於入射角？再試試其他角度驗證反射定律。
  3. 切換為圓形波模式，觀察反射波的波前形狀。想一想：反射波看起來像是從哪裡發出的？（提示：虛像源）
  4. 保持角度不變，將波長 $\lambda$ 調到最大，觀察波前之間的間距變化對反射圖樣有什麼影響？