浅谈质点振动方向与横波传播方向的判断

摘 要:介绍机械波中判断振动方向与横波传播方向关系的8种方法。

关键字:振动; 平移; 滚动; 走波; 三角形

中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1006-3315(2010)6-032-001

高中物理教学中,在振动与波动图像中,振动方向与横波传播方向的判断方法有多种,笔者认为利用以下几种方法比较方便,同学们易于接受,现不妨介绍如下:

1、质点振动法

其原理是:后一质点总是受到前一质点的带动而振动,故其振动状态总是跟着前质点的状态,即“后跟前”。可知后一质点的运动方向总是指向该时刻前一质点所在的位置方向。

即判断某一时刻某一质点振动方向时:“波向右传看左边,波向左传看右边。”

2、特殊点法

在质点P靠近波源一方附近图像上找另一点P',若P'在上,则P向上振动,若P'在下,则P点向下振动。

如图1所示为一沿x轴负方向传播的横波,要求判断P质点的振动方向,则在质点的右侧靠近P点处找一P'质点,由图可知P'在质点P的下方,则可判断出质点P此时振动方向向下。 3、波的平移法

将波形沿波的传播方向做微小移动,由于质点仅沿y轴方向移动,可根据质点运动后的位置判断质点的振动方向。反之亦然。

例1:如图2所示为一沿x轴正方向传播的横波,试确定质点A、B、C、D的振动方向。

将波沿x轴正方向做微小移动,如图中虚线,可看出A'、B'、C'、D'即为质点运动后的位置,故该时刻A、B沿y轴正方向振动,C、D沿y轴负方向振动。

4、小球滚动法

假想在波谷处放一小球,可根据小球的滚动情况来判断波的传播方向与质点振动方向之间的关系。

如图3所示,若已知A点振动方向向上,则可假想在最靠近它的波谷内有一小球。不难看出:A向上运动时,小球向右滚动,此即该波的传播方向。

5、走波法

波的图像犹如山,有上坡、有下坡,若迎着速度方向看,上坡与下坡就唯一确定了,在上坡图线上的各质点、速度向上,下坡图线上的各质点速度向下,在最大位移处的质点速度为零。记住一句话即可,即“迎着速度看,上坡向上,下坡向下”。

例2:如图4所示,一列横波沿着x轴正方向传播,试判断图中A、B、C、D、E各质点的振动方向。

根据“走波法”波向右传播,我们从右向左看,A、E两质点处在上坡图线上,则向上振动;B、C、D质点处在下坡图线上,则向下振动。

6、同侧法

在波的图上的某一点,沿竖直方向画出一个箭头表示质点的振动方向,并在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向,那么这两个箭头总在曲线的同侧,如图5所示。

v表示波的传播方向

s表示质点的振动方向

v和s总是在图像的同一侧。

7、三角形法

如要根据波的传播方向判断质点的振动方向,只需在要判定的波形图线与x轴所围成的区域内画一个三角形,先沿x轴画三角形的底边,并标上与传播方向一致的箭头,然后根据波形顺箭头方向绕画三角形的另外两条边,则可根据三角形上箭头的方向判断各质点的振动方向。反之,先标好三角形另两条边上的箭头,再顺次画上三角形底边上的箭头,即确定出波的传播方向。

例3:如图6所示,已知一列横波沿x轴正方向传播,试判定波动质点1、2……7的振动方向。

由上面的法则画出三角形ABC和三角形DEF,并标上箭头,可判断出质点1、2、6、7的振动方向向下,质点3、4、5的振动方向向上。

8、左右手爬山法

若已知波的传播方向是沿x轴正方向,即向右传播,则伸出右手,沿着波形爬山;若波是向左传播,则伸出左手,沿着波形爬山,手形向上处的各质点的振动方向向上,手形向下处的各质点的振动方向向下。

如图7,已知一列横波沿x轴负方向传播,根据“左右手爬山法”伸出左手沿着波形爬山,当手经过质点A、E、F、G时手形向上,则可判断这几个质点该时刻的振动方向向上;当手经过B、C、D、H时手形向下,则可判断这几个质点的振动方向向下。