水面波、声音和光都能传递能量，却不具有相同的微观机制。先抓住“扰动传播”这一共同点，再区分介质、振动方向、波长与周期。
1. Subject of wave physics
Wave 波是扰动在空间中的传播，可以传递能量与信息。绳上的一个点主要在原位置附近振动，而波形沿绳移动；局部粒子运动与波传播不是一回事。
机械波需要介质，电磁波可在真空传播。脉冲是一次短扰动，周期波是持续重复的扰动。简单线性波模型通常不伴随介质的净整体输运；真实水波等也可能有较小的漂移，不能把理想结论不加限制推广。
描述一类波前，先问什么在振动、沿哪里传播、什么在提供回复作用。下一部分按这些差别分类。
2. Classification of waves
按是否需要介质，分为 mechanical wave 机械波与 electromagnetic wave 电磁波；按振动方向相对于传播方向，分为 transverse wave 横波与 longitudinal wave 纵波。
绳上的横向扰动是横波，空气中的声波通常是纵波。电磁波的电场和磁场横向变化。分类维度互相独立，不能把“机械波”等同于“纵波”。水面波的粒子运动也不一定是纯粹的一种方向。
无论横波或纵波，都要把某一时刻的空间形状与某一位置的时间变化分开，这就是下一部分两张不同的图。
3. Position and time graphs of waves
位移–位置图是在某一固定时刻给整条介质拍快照，横轴为位置 \(x\)；位移–时间图是在某一固定位置观察它怎样振动，横轴为时间 \(t\)。前者读波长，后者读周期。
向 \(+x\) 传播的正弦横波可以写为
\[y(x,t)=A\sin\left(\frac{2\pi x}{\lambda}-2\pi ft+\phi_0\right).\]
固定 \(t\) 看空间重复，固定 \(x\) 看时间重复。波向右移动不表示每个介质点都向右跑；比较短时间前后波形的位置，可以判断某点当时向上还是向下。下一部分定义这些图中出现的量。
4. Physical quantities of waves and intensity
Amplitude 振幅 \(A\) 是最大偏离平衡的大小，wavelength 波长 \(\lambda\) 是同一时刻相邻同相位置的距离，period 周期 \(T\) 是一次完整振动的时间，frequency 频率 \(f=1/T\)。波速 \(v\) 是波形传播的速度：
\[v=f\lambda.\]
频率通常由源决定，波速由介质及波型决定，波长把两者联系起来。换介质而频率不变时，波长随波速改变。
Intensity 强度是单位垂直传播面积的平均功率，单位 \(\mathrm{W/m^2}\)。理想各向均匀点源、无吸收时，\(I=P/(4\pi r^2)\)。在相同频率和介质等条件下，强度通常正比振幅平方；振幅加倍不只是强度加倍。接下来从绳的性质找出波速。
5. Waves on a string
拉紧绳的张力提供回复作用，绳的质量提供惯性。均匀、柔软、张力近似恒定的绳上，小振幅横波速率为
\[\begin{gathered} v=\sqrt{\frac{F_T}{\mu}}, \\ \mu=\frac mL. \end{gathered}\]
Linear mass density 线密度 \(\mu\) 的单位为 \(\mathrm{kg/m}\)。张力增大，波更快；线密度增大，波更慢。振源频率增大，并不会在这个模型中自动增大波速，而是使波长变短。
介质点最大横向速度与波速不同：一个由局部振幅和频率决定，另一个由张力与线密度决定。声音也通过介质的回复作用传播，但振动方向不同。
6. Sound waves and the Doppler effect
Sound 声波在空气中主要是纵向压力与密度扰动，粒子在平衡位置附近来回移动。声波速率由介质性质决定，空气温度升高时通常增大；音调与频率有关，响度与强度的感受有关。
Doppler effect 多普勒效应来自源或观察者相对于介质运动。源靠近时，前方波峰间距缩短，观察者接收到更高频率；源远离时相反。观察者靠近波源则更频繁地遇到波峰。
源振动频率、波峰间距和观察者遇到波峰的频率要分开。介质中的波速不会因为源靠近就简单变大。下一部分转到不需要物质介质的光与其他电磁波。
7. Electromagnetic waves and the electromagnetic spectrum
电磁波由变化的电场与磁场组成。理想平面波中，\(\vec E\)、\(\vec B\) 与传播方向彼此垂直，右手从 \(\vec E\) 转向 \(\vec B\) 给出传播方向。真空中传播速率 \(c=3.00\times10^8\,\mathrm{m/s}\)。
从低频、长波到高频、短波，依次是无线电波、微波、红外、可见光、紫外、X 射线、伽马射线。它们不是不同“种类的速度”，在真空中都以 \(c\) 传播；频率、波长和与物质相互作用方式不同。
可见光只是很窄的一段。既然光是横波，就可以问振动方向有没有规律，这引出偏振。
8. Polarization of electromagnetic waves
Polarization 偏振描述电场的横向振动方向。理想线偏振片选择沿透光轴的电场分量；完全非偏振光通过第一片后，平均强度为入射的一半。
已经线偏振的光再经过与其方向夹角 \(\theta\) 的偏振片，满足 Malus's law 马吕斯定律：
\[I_{\mathrm{out}}=I_{\mathrm{in}}\cos^2\theta.\]
平行时透射最多，垂直时理想透射为零。先投影电场振幅，再平方求强度，不能直接把强度投影一次。中间加一片不同角度偏振片，可使原来交叉的两片之间产生非零透射。
纵向扰动没有同样的横向偏振选择，因此光的偏振是横波性质的证据。下一课讨论波遇到边界和彼此重叠时怎样表现。