频率和波长是波的两个基本属性。频率(单位Hz)是波每秒重复的次数。波长是连续波峰之间的物理距离。两者通过波在介质中的速度呈反比关系。

公式

波长 = 速度 / 频率
λ = v / f

或者:

频率 = 速度 / 波长
f = v / λ

电磁波(光)在真空中的速度:v = 3 × 10⁸ m/s。

示例:光

可见绿光波长约500 nm,频率是多少?

500 nm = 5 × 10⁻⁷ m
f = (3 × 10⁸) / (5 × 10⁻⁷) = 6 × 10¹⁴ Hz

人眼对4×10¹⁴ Hz(红光)到8×10¹⁴ Hz(紫光)的频率有反应。

速度随介质变化

Medium Speed Relative to c
Vacuum 3.0 × 10⁸ m/s 1.0
Air 3.0 × 10⁸ m/s ≈1.0
Water 2.25 × 10⁸ m/s 0.75
Glass 2.0 × 10⁸ m/s 0.67

示例:声音

440 Hz 声波(音乐A音)在空气中(343 m/s)传播:

λ = 343 / 440 = 0.78 m = 78 cm

在水中(1,480 m/s):

λ = 1,480 / 440 = 3.36 m

应用

  • 无线电传输: 不同频率需要不同尺寸的天线
  • 光学: 镜头设计取决于波长
  • 声学: 房间尺寸影响共振频率
  • 天文学: 红移揭示远方天体的速度

提示

记住:波进入不同介质时频率不变,但波长会变化。频率越高,波长越短(反比关系)。