高中物理機械波的特征及應(yīng)用專題輔導(dǎo)

1、高中物理機械波的特征及應(yīng)用郭建機械波是一種較高層次的復(fù)雜的運動形式。有關(guān)機械波的知識是中學(xué)物理中的重點和難點。正確分析和解答機械波問題必須理解和掌握機械波的特征。機械波具有如下特征：特征一：在簡諧波形成與傳播過程中，波源做簡諧運動，帶動鄰近介質(zhì)的質(zhì)點也做簡諧運動。在波的傳播方向上，先振動的質(zhì)點帶動后振動的質(zhì)點運動，由近及遠振動質(zhì)點的相位依次落后。根據(jù)這一特征，可以根據(jù)某時刻簡諧橫波的波形、波的傳播方向，判斷介質(zhì)質(zhì)點的振動方向；也可以根據(jù)波形、波形上某個介質(zhì)質(zhì)點的運動方向，判斷簡諧橫波的傳播方向。例1 :如圖1所示為某一時刻的簡諧橫波的圖像，波的傳播方向沿x軸正方向。下列說法正確的是（）A.質(zhì)點

2、A、D的振幅相等B.在該時刻質(zhì)點B E的速度大小相等，方向相同C.在該時刻質(zhì)點C F的加速度為零D.在該時刻質(zhì)點D正向下運動（；圖1解析：在簡諧波的傳播方向上，介質(zhì)中各質(zhì)點均做簡諧運動，振幅相等，A項正確。質(zhì)點C F均在最大位移處，加速度最大，C項錯誤。根據(jù)在波的傳播方向上由近及遠振動質(zhì)點的相位依次落后，即離開波源較遠的質(zhì)點總 是模仿鄰近的離波源較近的質(zhì)點的動作，可在待判斷運動方向質(zhì)點的左側(cè)（靠近波源的一側(cè)）找一參考點，若參考點在待確定運動方向的質(zhì)點上方，則待確定運動方向的質(zhì)點向上運動； 反之若參考點在待確定運動方向的質(zhì)點下方，則待確定運動方向的質(zhì)點向下運動。據(jù)此，可判斷出質(zhì)點B向上，D向下，

3、E向下運動，B項錯誤，D項正確。例2:如圖2所示為一簡諧橫波在某一時刻的波形圖，已知此時刻質(zhì)點A正向上運動,如圖中箭頭所示。由此可判斷此橫波（）A.向右傳播，且此時質(zhì)點 B正向上運動B.向右傳播，且此時質(zhì)點 C正向下運動C.向左傳播，且此時質(zhì)點D正向上運動D.向左傳播，且此時質(zhì)點 E正向下運動八八、圖2解析：已知波形上的質(zhì)點 A向上運動，質(zhì)點 A附近，比質(zhì)點 A振動狀態(tài)超前的質(zhì)點在的右方，可知此波是向左傳播的。據(jù)同一波峰（或同一波谷）兩側(cè)的質(zhì)點振動方向相反，可 知質(zhì)點B、C正向下運動，質(zhì)點 D E正向上運動，所以只有 C項是正確的。特征二：波在傳播過程中，各介質(zhì)質(zhì)點在平衡位置附近做與波源相似的

4、振動，質(zhì)點并 不隨波遷移，所傳播的只是振動形式、能量和信息。從波形圖線上來看，只是波形整體的勻速平移。經(jīng)過時間 t,波沿著傳播方向平移x=vAt= 。 At 一段距離(式中v為波速, T九為波長，T為周期)。理解和運用波的這一特征，可用整體波形推進法和局部質(zhì)點振動分析法確定經(jīng)過一段 時間 t后的波形圖像或介質(zhì)質(zhì)點的位置。例3:細繩的一端在外力作用下從 t=0時刻開始做簡諧運動，激發(fā)出一列簡諧橫波。在 細繩上選取15個點，如圖3所示，甲為t=0時刻各點所處的位置，乙為 t=T時刻的波形圖33T=時刻的波形。4圖(T為波的周期)，在圖丙中畫出t TOC o 1-5 h z HYPERLINK l

5、bookmark4 o Current Document T1 . T3T解析：由乙圖可以看出，t =一時刻的波形恰為整個正弦波形的一，從1 =一至收= HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 4444時經(jīng)歷的時間為 U=- = o所以將t =-時的波形沿波的傳播方向平移 4424 T，八一 r ,3T ，上,，一x =vAt =M=一,再將形成的波形補全，即為 t= 時刻的波形，如丙圖所不。 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document T 224特征三：簡諧波源振動的周期性，導(dǎo)致簡諧波在介質(zhì)中傳播時間和空間的周期

6、性。即當(dāng)波在介質(zhì)中傳播的時間 t為周期T的整數(shù)倍，或傳播的距離為波長的整數(shù)倍時， 形成的新 波形與原波形重合。這樣波在介質(zhì)中的傳播時間可記作t =nT +&(At T) (n=0, 1, 2,3,)，傳播的距離可記作 x=nZ+Ax ( Ax Z) (n=0, 1, 2, 3,)根據(jù)這一特性，可以建立波動介質(zhì)中某質(zhì)點的振動時間與周期的倍數(shù)關(guān)系；或根據(jù)波形平移的距離建立起波傳播的時間和周期的倍數(shù)關(guān)系；也可據(jù)波形的平移情況，建立起波傳播的距離與波長的倍數(shù)關(guān)系，對波動問題進行分析研究。特征四：波源振動，機械波在介質(zhì)中可沿各個方向傳播。但在一條直線上傳播時僅限 于兩個方向，即所謂波傳播的雙向性。要注意

7、波傳播的雙向性，謹防漏解。例4：如圖4所示，一簡諧橫波在 x軸上傳播，軸上 a、b兩點相距12m)t=0時刻，a點為波峰，b點為波谷；t=0.5s時刻，a點為波谷，b點為波峰。下列判斷正確的是()A.波一定沿x軸正方向傳播B.波長可能是8mC.周期一一定是 0.5sD.波速一定是24m/s圖4解析：波沿同一直線傳播時具有雙向性，A項錯誤。圖5圖6t與周期T的關(guān)系通式為畫出a、b之間在t=0和t=0.5s時的最簡波形，分別如圖5和如圖6所示。質(zhì)點a從波峰運動到波谷的時間1t =(k -)T =0.5s(k =0,1,2,3, )2t=s2k 11當(dāng) k=0 時，T=1s; k=1 時，T =-s0.5s。3所以T不可能是0.5s , C項錯誤。a、b兩質(zhì)點的平衡位置間的距離sab與波長大的關(guān)系通式為,1、sab = (n 2), =12m(n = 0,1,2,3,),24代入數(shù)據(jù)得m2n 1所以波速通式為v =二=24(2k 1) m/s ,T 2n 1取 k=0, n=1, 2, 3,；取 k=1 , n=1, 2, 3,；取 k=2, n=1, 2, 3