確定波動質點振動方向的四大方法
確定波動質點振動方向的四大方法
機械波既是高中物理學習的重點,也是難點,特別是如何確定波動質點的振動方向。為了有效突破這一難點,使學生掌握機械波的運動特征,弄清波動與振動的聯(lián)系與區(qū)別,我們引導學生進行了大量探究活動,總結出以下四種確定波動質點振動方向的方法,供參考。
方法一 波的成因法
由波的形成原理可知,后振動的質點總是重復先振動的質點的運動,而當質點處于波峰和波谷瞬間,其速度為零。若已知波的傳播方向,判斷某質點的振動方向時,可找沿波傳播方向與該點距離最近的波峰或波谷,根據(jù)波峰或波谷位置的關系確定振動方向。
例1 如圖1所示,波沿x軸正向傳播,試確定該時刻b、d兩質點的振動方向。
解析 沿著波的傳播方向,b質點總是重復著先振動的a質點的運動(a為所參考點)。此時刻a質點正好處在波峰,且是在b質點之前未經過一個波谷的波峰,那么b質點必然“模仿”a質點去“充當”下一時刻的波峰,故a質點正在向上振動。同理,d質點必然“模仿”它的前一個c質點(c為參考點)去“充當”下一時刻的波谷而向下振動。
利用此方法的關鍵是選取參考質點,一是要求其位置在所研究的質點之前,二是要求其位置正好在所研究的質點最近的波峰或波谷處。
方法二 帶動法(又叫特殊質點法)
思路為:①明確波的傳播方向,從而確定波源的方位。②在波的圖像上(如圖1所示)找出研究質點p靠近波源的一方附近(不越過波峰或波谷)處的另一質點p'。③若質點p'在質點p上方,則質點p'將帶動質點p向上運動;反之,向下運動。
對此方法的運用必然能夠加強對機械波形成的理解。
方法三 微平移法
在已知某時刻波的圖像和傳播方向的基礎上,只須畫出經微小時間△t(△t<)后的波形即平移法,就知道各質點經過△t到達的位置,從而確定該時刻的振動方向。
例2 已知某時刻機械波正在沿x軸負向傳播,某時刻t波形如圖2示,說明a、b、c三個質點在該時刻的振動方向。
解析 畫出(t+△t)時刻的波形圖,如圖2虛線所示,再過a、b、c分別作垂直于x軸的輔助線,并與t時刻的波形圖線交于a'、b'、c'點,考查a與a',b與b',c與c'的相對位置,可得知:a質點正向下運動,b質點正向上運動,c質點正向下運動。
利用此方法雖不需要對波的成因有較強的理解,但對利用平移法正確畫出經 △t 時間后的波形圖有較高的要求。
方法四 口訣法“上坡下,下坡上”
口訣法是在理解了波動的本質及波動規(guī)律的基礎上借助種種聯(lián)想總結出的方法,此法簡便易記,有很高的實用價值。
意思是將波形想成一條“坡路”,當沿著波的傳播方向行走時,處于“上坡”階段的各質點振動方向向下(如圖1中d點),而處于“下坡”階段的各質點振動方向向上(如圖1中b點和p點),可簡記為“上坡下,下坡上”。
需要注意的是,利用口訣法時,一定要理解“口訣”中所創(chuàng)設的意境。