概 述
本 課 題 旨 在 討 論 波 的 本 質 和 特 性 。 對 光 和 聲 音 ， 將 作 較 深 入 的 探 討 。 學 生 已 熟 悉 能 量 從 一 個 地 方 傳 送 到 另 一 個 地 方 時 ， 同 時 會 有 物 質 轉 移 的 例 子 。 波 動 概 念 ， 須 強 調 是 能 量 而 不 帶 物 質 的 傳 播 方 式 。 學 生 建 立 以 物 理 學 術 語 描 述 波 動 現 象 的 基 礎 ， 學 習 行 波 的 圖 示 方 式 ， 探 討 波 動 所 顯 示 的 各 種 基 本 特 性 ； 並 用 簡 單 的 波 陣 面 圖 研 究 反 射 、 折 射 、 繞 射 和 干 涉 等 現 象 。
學 生 在 兩 個 重 要 方 面 學 習 光 的 特 定 知 識 。 一 方 面 ， 光 是 電 磁 波 譜 的 組 成 部 分 。 另 一 方 面 ， 在 沒 有 顯 著 的 繞 射 和 干 涉 效 應 時 ， 光 擁 有 直 線 傳 播 特 性 ， 可 用 於 闡 釋 幾 何 光 學 範 疇 內 像 的 形 成 。 使 用 光 線 作 圖 法 則 ， 研 究 鏡 和 透 鏡 所 產 生 的 實 像 和 虛 像 。
聲 音 是 縱 波 ， 其 一 般 特 性 將 和 光 波 作 比 較 。 本 課 題 同 時 介 紹 超 聲 波 。 使 用 相 關 的 波 動 術 語 描 述 樂 音 ， 以 及 研 究 噪 音 污 染 的 影 響 和 聲 防 護 的 重 要 性 。
學 生 應 學 習 學 生 應 能
a. 波 的 本 質 和 特 性
波 的 本 質 以 振 盪 闡 釋 波 動
認 識 波 動 是 能 量 而 不 帶 物 質 的 傳 播 方 式 波 動 和 波 的 傳 播 區 別 橫 波 和 縱 波
使 用 以 下 術 語 描 述 波 動 ： 波 形 、 波 峰 、 波 谷 、 密 部 、 疏 部 、 波 陣 面 、 相 位 、 位 移 、 振 幅 、 週 期 、 頻 率 、 波 長 和 波 速
用 行 波 的 位 移 - 時 間 和 位 移 - 距 離 關 係 線 圖 詮 釋 資 料
測 定 波 在 沿 張 緊 的 絃 線 或 彈 簧 上 傳 播 時，影 響 波 速 的 因 素
應 用 公 式
f T1和 v = f 解 決 相 關 的 問 題
學 生 應 學 習 學 生 應 能
反 射 和 折 射 認 識 於 平 障 礙 物 ／ 反 射 物 ／ 表 面 上 波 的 反 射
認 識 波 在 平 直 交 界 面 上 的 折 射
檢 測 折 射 時 波 速 的 改 變，並 用 波 速 定 義 折 射 率
畫 出 波 陣 面 圖 以 展 示 反 射 和 折 射
繞 射 和 干 涉 描 述 波 在 穿 過 狹 縫 和 繞 過 轉 角 處 時 的 繞 射
檢 測 狹 縫 寬 度 對 繞 射 程 度 的 影 響
描 述 兩 脈 衝 的 疊 加
認 識 波 的 干 涉
區 別 相 長 和 相 消 干 涉
檢 測 由 兩 個 相 干 源 所 發 出 波 動 的 干 涉 現 象
以 程 差 確 定 相 長 和 相 消 干 涉 的 條 件
畫 出 波 陣 面 圖 以 展 示 干 涉 和 繞 射 b. 光
電 磁 波 譜 中 的 光 說 出 光 和 其 他 電 磁 波 在 真 空 中 的 速 率 為 3.0 108 ms-1
說 出 可 見 光 的 波 長 範 圍
說 出 可 見 光 和 電 磁 波 譜 其 他 成 分 的 相 對 位 置 光 的 反 射 說 出 反 射 定 律
用 作 圖 法 繪 畫 平 面 鏡 的 成 像 光 的 折 射 檢 測 折 射 定 律
草 繪 光 線 在 交 界 面 折 射 時 的 路 徑
認 識
r n i
sin
sin 為 介 質 的 折 射 率
解 決 涉 及 在 交 界 面 發 生 折 射 的 問 題 全 內 反 射 檢 測 全 內 反 射 的 條 件
解 決 涉 及 在 交 界 面 發 生 全 內 反 射 的 問 題 透 鏡 的 成 像 以 作 圖 法 繪 畫 會 聚 透 鏡 和 發 散 透 鏡 的 成 像
區 別 實 像 和 虛 像
學 生 應 學 習 學 生 應 能
光 的 波 動 本 質 指 出 光 為 橫 波 的 一 個 例 子
認 識 以 繞 射 和 干 涉 現 象 作 為 光 是 波 動 的 證 據
檢 測 楊 氏 雙 縫 實 驗 中 的 干 涉 圖 形
檢 測 平 面 透 射 光 柵 中 的 干 涉 圖 形 c. 聲音
聲 音 的 波 動 本 質 認 識 聲 音 為 縱 波 的 一 個 例 子
認 識 聲 波 有 反 射 、 折 射 、 繞 射 和 干 涉 現 象
認 識 聲 波 需 要 藉 著 介 質 傳 播
比 較 聲 波 和 光 波 的 一 般 特 性 聽 頻 範 圍 測 定 聽 頻 範 圍
檢 測 超 聲 波 存 在 於 聽 頻 範 圍 外
樂 音 以 音 調 、 響 度 和 音 品 等 術 語 比 較 樂 音
連 繫 樂 音 的 音 調 和 響 度，與 頻 率 和 振 幅 之 間 相 應 的 關 係
噪 音 以 分 貝 表 達 聲 強 級
討 論 噪 音 污 染 的 影 響 和 聲 防 護 的 重 要 性
建 議 學 與 教 活 動
學 生 應 用 各 種 物 理 學 模 型 ， 研 究 振 動 和 波 動 ， 從 而 掌 握 有 關 的 實 驗 技 能 。 藉 著 示 波 器 或 電 腦 圖 像，對 波 動 的 間 接 量 度 和 顯 示，培 養 學 生 的 理 解 技 能 。 學 生 應 理 解 許 多 科 學 證 明 ， 皆 由 間 接 量 度 配 合 邏 輯 推 演 而 取 得 。 認 識 在 研 究 物 理 學 時，可 以 引 用 各 種 理 論 模 型（ 例 如 用 於 幾 何 光 學 成 像 的 光 線 模 型 、 解 釋 繞 射 和 干 涉 現 象 的 光 學 波 動 模 型 ） 。 透 過 研 究 樂 音 的 物 理 性 質 ， 學 生 可 明 白 絕 大 多 數 的 日 常 生 活 事 例 ， 都 可 以 用 科 學 觀 點 加 以 解 釋 。
以 下 建 議 學 生 可 能 經 歷 的 學 習 情 境 ， 可 供 參 考 ︰
探 究 在 彈 簧 上 和 水 波 槽 中 產 生 的 波 的 性 質
探 究 在 長 彈 簧 中 ， 影 響 前 進 橫 波 波 速 的 因 素
測 定 水 波 槽 中 的 水 波 速 率，或 沿 拉 緊 的 彈 簧 或 絃 線 上 前 進 脈 衝 波 的 速 率
在 長 彈 簧 上 演 示 橫 波 的 疊 加
用 示 波 器 演 示 波 的 疊 加
用 波 的 疊 加 原 理 ， 繪 畫 出 兩 列 波 干 涉 時 的 合 成 波
用 雙 縫 估 算 微 波 的 波 長
用 肥 皂 膜 演 示 干 涉 圖 形
測 定 在 雙 縫 實 驗 中 ， 波 長 、 縫 距 或 縫 至 屏 的 距 離 對 干 涉 圖 形 的 影 響
量 度 透 鏡 的 焦 距
用 光 線 箱 和 光 踪 圖 確 定 實 像 和 虛 像
用 光 線 圖 推 測 透 過 光 學 器 件 所 形 成 的 像 的 性 質 和 位 置
搜 尋 光 學 物 理 學 的 發 展 資 料
討 論 日 常 生 活 中 電 磁 輻 射 的 一 些 應 用 和 效 應
用 電 腦 模 擬 進 行 觀 察 和 探 究 波 的 性 質
探 究 聲 波 的 頻 率 與 波 長 的 關 係
進 行 實 驗 檢 測 斯 湼 耳 定 律
測 定 玻 璃 或 有 機 玻 璃 的 折 射 率
測 定 發 生 全 內 反 射 的 條 件
透 過 響 度 、 音 調 和 音 品 識 別 不 同 的 聲 音
用 量 綱 分 析 來 檢 查 運 算 結 果 的 正 確 性
價 值 觀 和 態 度
透 過 本 課 題 的 學 習 過 程 ， 學 生 可 培 養 正 面 的 價 值 觀 和 積 極 的 態 度 ， 以 下 是 一 些 例 子 ：
意 識 到 需 要 多 使 用 有 利 於 環 保 的 另 類 能 源 （ 例 如 太 陽 能 和 潮 汐 能 ）
體 會 到 科 學 的 局 限 性 ， 不 可 能 永 遠 提 供 明 確 的 答 案 ； 科 學 的 發 展 需 要 堅 毅 、 開 放 和 懷 疑 的 精 神 ， 一 如 過 去 數 世 紀 物 理 學 的 發 展 ， 對 光 的 本 質 出 現 過 不 同 的 闡 釋
鑑 賞 科 學 理 論 的 重 要 發 展 （ 例 如 對 光 學 的 探 究 ）， 是 經 過 幾 代 科 學 家 堅 毅 不 拔 的 刻 苦 鑽 研 ， 運 用 智 慧 、 知 識 和 技 能 所 得 到 的 成 果
認 識 到 長 期 處 於 極 度 嘈 吵 的 環 境 ， 會 影 響 健 康 ， 因 而 懂 得 力 圖 減 少 噪 音 對 鄰 居 的 騷 擾
認 識 到 正 確 使 用 微 波 爐 的 重 要 性 ， 並 在 日 常 生 活 中 貫 徹 遵 守 安 全 守 則
科 學 、 科 技 、 社 會 和 環 境 的 連 繫
鼓 勵 學 生 察 覺 和 認 識 關 於 科 學 、 科 技 、 社 會 和 環 境 連 繫 的 議 題 。 以 下 是 有 關 本 課 題 內 容 中 這 類 議 題 的 一 些 例 子 ：
有 關 使 用 流 動 電 話 產 生 微 波 輻 射 對 公 眾 健 康 影 響 的 議 題
因 污 染 物 使 大 氣 的 臭 氧 層 日 漸 稀 薄 ， 引 致 太 陽 紫 外 輻 射 大 增 ， 從 而 對 人 類 生 理 的 影 響
本 地 的 噪 音 污 染 問 題
認 識 電 磁 波 和 電 訊 領 域 的 科 技 發 展 對 社 會 帶 來 的 衝 擊
以 科 學 史 上 光 學 的 研 究 發 展 為 例 ， 認 識 為 社 會 帶 來 深 遠 影 響 的 科 技 突 破 ， 如 何 啟 發 對 基 本 物 理 學 的 新 認 識
藉 顯 微 鏡、望 遠 鏡 和 X-射 線 衍 射 等 發 明 和 發 展，體 會 科 技 的 進 步，如 何 給 科 學 研 究 注 入 動 力 ， 並 有 助 闡 明 人 類 的 起 源 ， 探 索 人 類 在 宇 宙 中 的 地 位