波動學實驗室

🌊 橫波與縱波

同一條介質上同時看橫波與縱波：質點振動的方向一個垂直、一個平行於傳播方向，但質點本身都不會被波帶走。

🔊 聲音的產生與傳播

一根 8 公尺的空氣柱，喇叭把空氣擠成一密一疏往前推。換介質看波長怎麼變，切到真空連一條都送不出去。

🔉 聲波的位移波與壓力波

同一股疏密畫成兩條曲線：上面是空氣質點的位移，下面是壓力變化。紅色虛線把「位移為 0」和「壓力最大」連起來，兩端永遠落在不同的地方。

🪢 繩波的產生與傳播

拉一條繩子上下抖動，觀察波往前跑但繩子本身沒有跑掉——理解波是擾動的傳播，並動手驗證 v = √(T/μ) 與 v = fλ。

🪢 波的疊加與干涉

讓兩個脈衝在同一條繩子上對撞，看它們相遇時位移直接相加、分開後又各自完好如初——這就是疊加原理。

📈 波形圖與振動圖

同一條正弦曲線，橫軸一個是位置、一個是時間。在波形圖上點一顆質點，下方立刻畫出它的振動圖。

🪢 繩波的反射

同一個脈衝撞上固定端會上下反轉，撞上自由端卻原封不動——端點能不能動，決定了反射要不要反相。

🏓 脈波的多重反射

一個脈波在繩子的兩端之間來回彈，每撞到一次牆或界面就在時間軸上留下一個點——固定端的反射上下顛倒、自由端的不顛倒、界面會把波分成兩份。

🪢 繩波的折射與透射

把兩段粗細不同的繩子接起來，看波通過接點時波速與波長怎麼變、頻率為什麼不變，以及能量怎麼分配。

🎸 弦的張力與節點數

弦長和振動頻率都被固定住了，只剩張力可以調。把弦拉緊之後波跑得更快、波長更長，弦上的波反而變少。

🪢 駐波與諧音

把繩子兩端固定，只有特定波長活得下來：L = nλ/2。看節點永遠不動、腹點上下跳，並拆解成兩個反向行進波。

🎺 開管與閉管的空氣柱駐波

同一根管子，兩端開口時吹得出所有諧音，一端封閉時只剩奇數諧音——因為波只能在兩端各放一個波節或一個波腹。

🚑 都卜勒效應

波源一邊走，一邊抖出一個一個往外擴散的圓。不管是抖的人跑過來、還是聽的人衝過去，聽到的頻率都會變——但原因不一樣。

💥 音爆與馬赫錐

波源跑得比自己的波還快的時候，一道道圓形波前的前緣疊成一個 V。速度滑桿從 0 拉到 2.5 馬赫，看錐角 θ 怎麼隨速度收窄。

🌊 水波的反射實驗

探究水波碰撞固定障礙物時的反射規律，動態驗證入射角等於反射角，並觀察波前的變化。

🌊 水波折射

觀察水波從深水區進入淺水區（或反向）時的波速、波長與折射角變化，驗證 Snell's law。

🌊 水波的繞射

一座造波水槽：平直的水波撞上障礙物，開口愈窄散得愈開。把開口拉成兩個，牆後就出現一明一暗的條紋。

💧 水波的干涉

兩根針同步上下振動，水面疊出一組明暗相間的條紋。拖 d 和 λ，看腹線怎麼一條一條長出來、最內側那一條張多開。

📣 回聲測距

車一邊前進一邊鳴笛，聲音撞上山壁再彈回來。把「聲音走的」與「車走的」拆成兩條尺，看見回聲測距那條式子怎麼來的。