淺析機械振動和機械波的幾個問題.doc

淺析機械振動和機械波的幾個相關問題內容提要：機械振動和機械波的問題是中學物理、普通物理、高能物理的重要內容之一，是高考的熱點內容。要使中學生比較深刻理解有關內容，牢固掌握它們兩者的規(guī)律，就要對機械振動和機械波中的幾個重點問題，有一個全面清晰的認識，掌握其處理方法?，F(xiàn)就這部分內容中出現(xiàn)的問題進行剖析，有利于同學們掌握該知識。關鍵詞：淺析；機械振動；機械波；相關問題一、波的形成與傳播過程中的問題物質（除場外）都是由分子組成的，分子之間有相互作用的引力和斥力。如果物質中某一區(qū)域的分子從外界獲得能量振動，那么這一區(qū)域的分子會通過分子之間的相互作用力帶動周圍的分子振動，這樣，振動就會沿著物質由近及遠的在物質中傳播，同時波源的能量也隨著波的傳播而向周圍的空間輻射。所以，機械波既是波源的振動在物質中的傳播，同時也是波源的能量在物質中的輻射。由于機械波是波源的振動在物質中的傳播，所以物質中的質點并不隨波在物質中的傳播而發(fā)生遷移。傳播的只是振動方式和能量。由于機械波是依靠分子之間的相互作用力在物質中傳播的振動，所以物質中任何一個質點的振動總是落后于波源的振動，任何一個質點的起振方向總是與波源的起振方向相同。在物質中沿著波的傳播方向總存在作振動情況（包括位移、速度、加速度）完全相同的點，相鄰的這樣兩個點的距離叫波長。相距整數(shù)個波長的兩點振動情況總完全相同，相距半波長奇數(shù)倍的兩點振動情況總是相反。這就是振動和波的明顯特征周期性。 波在物質中的傳播速度可用公式Vf/T計算，其中f是質點的振動頻率，由波源決定，V是傳播速度，由介質的物理特性決定，因為，=VT，所以波在一個周期內傳播的距離等于一個波長。波長由波源的振動頻率和物質的物理特性共同決定。因為，波在一個周期內沿傳播方向傳播一個波長的距離，所以，沿波的傳播方向，波形也平移一個波長的距離?！纠?】如圖-1所示，波源S從平衡位置y=0開始振動，運動方向豎直向上（y軸的正方向）振動周期T0.01S，同時產(chǎn)生向左、向右兩個方向傳播的簡諧波，波速均為V80m/s。經(jīng)過一段時間后，P、Q兩點開始振動。已知SP=1.2m,SQ=2.6m。若以0點開始振動的時刻作為計時的零點，則在下面的四個振動圖像中，能正確描述P、Q兩點振動情況的是（ ）A、甲為Q點振動圖像 B、乙為Q點的振動圖像C、丙為P點的振動圖像 D、丁為P點的振動圖像圖-1解析：所有質點的起振情況一定與波源S的起振情況相同（從平衡位置豎直向上），VT=0.8m，SQ=3.2，SP=1.5時刻，P點已振動了t（3.25-1.5）T1.75T，因波源開始向上振動，Q點開始也應向上振動，所以選項A正確，即此時刻（t0）P點在負向最大的位移處，從而選項D正確。二、質點的的振動方向與波的傳播方向的判斷我們在解答機械振動和機械波的試題時，往往會遇到質點的振動方向和波的傳播方向的判斷問題。由波的傳播方向判斷質點的振動方向通常有以下幾種方法：、曬“太陽”法陽山陰山圖-2如圖-2所示，波的傳播方向就好比一縷太陽光，沿著太陽光的方向看上去，在陰山上的“鮮花”（質點）被太陽光曬蔫了，花朵耷拉著向下，即是質點向下振動。在陽山上的“鮮花”（質點）沒有受到太陽光的照射而“鮮花”盛開而直立向上，即是質點向上振動。、三角形法圖-3如圖-3所示：沿著波的傳播方向看三點構成一個首尾相連的封閉三解形，其中一邊AC、DF邊跟波的傳播方向相同，另外兩點A、C，D、F的方向跟兩邊的矢量一致。即A、D點向上，C、F點向下、特殊點法（帶動法）圖-3如圖-4所示，沿X軸正方向傳播的橫波，根據(jù)波的形成、靠近波源的質點能帶動它鄰近的離波源遠的質點，可以判斷質點的振動方向。例如，在質點P附近波源一方的圖線上另找一質點P，若P1在P上方，P1帶動P向上振動，則P向上運動，若P1在P點下方，則P1帶動P向下振動、P向下運動。、“上、下坡”法BA沿著波的傳播方向看，上坡的質點向下振動（沿Y軸負方向）、下坡的質點向上振動（沿Y軸正方向）。即“上坡下、下坡上”。C圖-5如圖-5所示，A質點向下振動，B質點向上振動，C質點向下振動。、同側法圖-6質點的振動方向與波的傳播方向在波的圖象的同一側，如圖-6所示，質點A和B的振動方向與波的傳播方向均在波的圖象右側，故質點A應向上振動、質點B應向下振動。以上幾種方法，我們只需要選擇一種適合自己的方法，熟練掌握即可。【例2】一列簡諧橫波在X軸上傳播，某時刻的波形圖如圖-7所示，a、b、c為三個質點，a正向上運動，由此可知。（ ）A、該波沿X軸正方向傳播B、C正向上運動C、該時刻以后，b比c先到達平衡位置D、該時刻以后，b比c先到達離平衡位置最遠處圖-7解析：運用“上、下坡”法判斷：a點向上振動，應在下坡，故此波向右傳播；同理可知此時b也在下坡，應向上振動，而c點應在上坡，向下振動，可見b比c先到達平衡位置，故B錯，C正確，D錯。故正確答案是A、C。 三、機械波試題的多解問題由于機械振動和機械波具有明顯的的周期性，相隔時間為周期整數(shù)倍的兩個時刻波形是相同的，從而使題目的解答出現(xiàn)一題多解的可能。若題中僅給出兩個時刻的波形圖，如果題目沒有特別的說明，波傳播的時間可能小于一個周期，也可能大于一個周期，傳播的距離可能小于一個波長，也可能大于一個波長。由于波傳播方向具有雙向性，也會使機械振動和機械波的試題出現(xiàn)多解，在題目未給出波的傳播方向時，要考慮到波沿X軸正向和X軸負向傳播兩種可能。圖-8若試題中敘述：在介質中有一波源形成的機械波沿X軸傳播，也要注意在波源的右邊X軸正向傳播，在波源的左邊波沿X軸負向傳播?！纠?】一列橫波如圖-8所示，波長8m，實線表示t10時刻的波形圖，虛線表示t20.005S時刻的波形圖，求波速多大？解析：因為題中沒有指出波的傳播