波，亦稱“波動”，是一種能量傳遞的形式。在物理學定義中，它指振動傳播的過程。將石塊投入水中，激起水的振動和起伏，逐漸向四周傳播開從而形成的水波，就是最常見的機械波；令我們聞之色變的自然災害——地震，從地震震源向四處傳播的彈性波，也是一種機械波；而我們生活中使用的手機通信和微波爐加熱等技術則是利用了電磁波?？梢哉f“波”在我們的生活中無處不在，那么波有哪些不同的形態(tài)’它的特性和規(guī)律又是什么？它在我們的生活中還有哪些應用？

現(xiàn)在，就讓我們循著波的痕跡，一起探尋波的秘密吧！

認識不同的“波”

有些波我們可以用肉眼去捕捉、用身體去感受，但有些波我們卻看不見也摸不著，為了讓參觀者更加直觀地感受波的形態(tài)，河南省科學技術館探索發(fā)現(xiàn)展廳中擺放了一個由電機、小球、旋臂組成的展項。這面由三排不同的波動演示模組構(gòu)成的“波動墻”，在參觀者按下“啟動”按鈕后，會通過電機帶動鐵棒做起伏運動，生動地模擬了三種不同形態(tài)的波。

實驗檔案

實驗名稱：波動墻

實驗原理：展品自上而下分別模擬了三種不同形態(tài)的波，最上方模擬的圓形波是橫波和縱波的疊加波，海洋中此起彼伏的波浪便是圓形波的代表：中間模擬的是橫波，它是振動方向和傳播方向互相垂直的波，我們眼睛可以捕捉的可見光、通信時發(fā)射的無線電信號都屬于橫波；最下方模擬的是縱波，它是振動方向和傳播方向一致的波，我們常說的聲波就是這種形態(tài)的波。

舞動的繩索

觀察過不同形態(tài)的“波”，參觀者可以繼續(xù)深入展廳，親自操作一組能夠充分展現(xiàn)“波”的特性的展項。

首先映入眼簾的展品由轉(zhuǎn)動裝置、繩索、彩色燈光等組成。參觀者按下操作臺上的“啟動“按鈕，展品中的繩索會在彩色燈光的照射下旋轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出各式各樣的動態(tài)效果。仔細觀察繩索出現(xiàn)了哪些不同的形狀？

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實驗名稱：可變的波

實驗原理：參觀者通過旋轉(zhuǎn)按鈕調(diào)整繩索的轉(zhuǎn)速，可以觀察到旋轉(zhuǎn)的繩索呈現(xiàn)出不同的波形，而繩索的波形是根據(jù)其轉(zhuǎn)動速度的變化而變化的。繩索的轉(zhuǎn)速越快，繩索的波形頻率越高、波長越短；繩索的轉(zhuǎn)速越慢，波形頻率越低、波長越長。

躍動的顆粒

離開不斷舞蹈的繩索，下一件由聲源喇叭、透明玻璃管和彩色泡沫顆粒組成的展品已經(jīng)迫不及待地跳動起來，想要讓參觀看感受一下生活中常見的物理現(xiàn)象——駐波。

樂器的發(fā)聲原理大都和駐波有關，比如大家熟悉的弦樂器和管樂器，它們分別利用了弦上的駐波和管中的駐波進行發(fā)聲。

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實驗名稱：駐波

實驗原理：當參觀者按下示范器按鈕時，彩色泡沫顆粒呈現(xiàn)波浪狀振動，這是由于聲源發(fā)出的聲波在另一端發(fā)生反射，入射波與反射波相互疊加后產(chǎn)生了駐波（兩列沿相反方向傳播的振幅相同、頻率相同的波疊加時形成的波），從而形成不振動的波節(jié)和振動的波腹。

繪圖的沙粒

觀看完兩場“激烈的舞蹈”，這第件由振動平臺和沙粒等部件組成的展品，則會讓參觀者沉浸式欣賞由頻率帶來的繪畫表演。

當參觀者按下“啟動”按鈕后，可以旋轉(zhuǎn)銨鈕調(diào)節(jié)音量和頻率，觀察沙垃隨著振動平臺四處跳動對形成的一個個圖案。

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實驗名稱：頻率的圖案

實驗原理：頻率不同，沙粒的圖案也會產(chǎn)生變化，這是因為當振動平臺產(chǎn)生振動時，邊緣處有波的反射，相互疊加后產(chǎn)生了駐波，從而形成不振動的波節(jié)和振動的波腹，波節(jié)排列在曲線上，就形成復雜的圖案，隨著振動頻率的變化，圖案也就發(fā)生了變化。

波動的圖案

展項的最后一件展品，是由圓形透明水盤、聚光燈和點水裝置組成的名為“波的干涉和衍射”的展品，把它放在壓軸的位置，也是因為它展示了波的傳播過程和其重要特性。

參觀者可以觀看點水裝置以不同的方式擊打水面，水紋再被聚光燈投射在地面上呈現(xiàn)出不同的波動圖案。

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實驗名稱：波的干涉和衍射

實驗原理：水紋在地面上呈現(xiàn)的三種不同的圖案分別是單擊波、雙擊干涉波和衍射波。單擊波是最為常見的波的傳播過程。波的干涉是指兩列或兩列以上的波在空間重疊時發(fā)生了疊加，從而形成新波形的現(xiàn)象。波的衍射是指波在傳播過程中，遇到障礙物后，繞過障礙物或縫隙時傳播方向發(fā)生變化的現(xiàn)象，這也是波的重要特性之一。

神奇的電磁波

在體驗下一件展品前，先思考這樣一個問題，我們在生活中常常聽到無線電波、紅外線、紫外線、X射線、y射線等，你知道它們是哪種“波”嗎？

想必這個簡單的問題已經(jīng)難不倒對“波”有了一定基礎認知的你，沒錯，上述的這幾種都是不同波長（或頻率）的電磁波。在河南省科學技術館探索發(fā)現(xiàn)展廳，就有這樣一組關于“電磁波”在生活中的應用的展項，它們依次展示了神奇的電磁波給我們生活帶來的便利。

懶人的福音

微波爐被譽為“20世紀改變世界的十大發(fā)明”之一，為廣大懶人們帶來了便利。小小的一臺微波爐之所以能夠迅速加熱食物，填飽人們饑腸轆轆的空腹，在于它利用了“微波”。

在“神奇的電磁波——微波”這件展品中，參觀者可以在屏幕上點擊不同的圖標，點亮微波爐模型中對應的元器件，了解微波技術的應用。微波就是呈現(xiàn)出穿透、反射、吸收三個特性的電磁波。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收，對于水和食物（主要是食物中的水分）等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。

通信工程的強力助手

展品“神奇的電磁波——無線電波”展示了一臺簡易的收音機裝置，通過旋轉(zhuǎn)按鈕，參觀者可以調(diào)節(jié)收音機的接收頻率，從而收聽到不同波段的電臺節(jié)目。在我們?nèi)粘３塑嚦鲂袝r，車載電臺播出的節(jié)目就是利用了無線電波。其工作原理就是把從天線接收到的高頻無線電波還原成音頻信號，通過耳機或喇叭變成音波。

在生活中，無線電波可以用于廣播、電視、手機通信、衛(wèi)星通信等通信設備；衛(wèi)星、無人機等遙感設備；門禁、警報等安全防范裝置；還可以提供精準定位和引導服務的導航。

人們的老朋友

紅外線與紫外線可以說是大家耳熟能詳?shù)睦吓笥蚜?，每天我們都要和它們打交道。紅外線是波長介于微波與可見光之間的電磁波，波長在0.77微米至1000微米之間：紫外線波長一般為0.01微米至0.4微米，不能引起人的視覺。

在“神奇的電磁波——紅外線”和“神奇的電磁波——紫外線”兩件展品中，它們分別向參觀者展示了紅外輻射被物體吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，使物體的溫度升高的特性，以及紫外線熒光作用強，在紫外燈照射下人民幣和熒光卡片呈現(xiàn)出的熒光效果。

在生活中，紅外線應用廣泛，可用以烘培食品、烘干油漆、進行醫(yī)療、通信以及遙感探測等；而日光燈、各種熒光燈和農(nóng)業(yè)上用來誘殺害蟲的黑光燈都是用紫外線激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光的，在醫(yī)學上，紫外線還常常用來殺菌消毒、治療皮膚病和軟骨病等。

醫(yī)學的好幫手

展項最后的兩件展品中提到的“X射線”和“y射線”可能對大家來說稍顯陌生，但它們其實都在我們的生活中發(fā)揮著重要的作用。

X身線的波長介于紫外線和y射線之間，它具有很強的穿透本領，能透過許多對可見光不透明的物質(zhì)，往往用于研究晶體結(jié)構(gòu)、金屬探傷以及醫(yī)學診斷等。在“神奇的電磁波——x射線”這件展品中，展品由X設線裝置和裝滿物品的包組成，參觀看按下啟動按鈕，x設線裝置開始工作后，參觀者不用打開包，就可清晰觀看到包內(nèi)的物品的圖像。這個場景是不是很熟悉？沒錯，我們搭乘公共交通所必須經(jīng)過的安檢儀器，就是利用了X射線的特性，從而迅速判斷乘客的包內(nèi)是否攜帶有危險品。

展品“神奇的電磁波——y射線”由y射線檢測裝置、轉(zhuǎn)盤和不同的檢測材料組成。參觀者旋轉(zhuǎn)手柄操作轉(zhuǎn)盤，可以依次觀察到不同材料對應的y射線輻射數(shù)據(jù)。因為y射線具有很強的穿透力，工業(yè)中可用于探傷或流水線的自動控制，也因其對細胞極具殺傷力，醫(yī)療上常用來治療腫瘤。