[复习大纲]建物理图景把握波动特征

文章作者 100test 发表时间 2007:02:24 22:45:02
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　　机械波是中学物理的一个重要内容，而波动问题是教与学的一个难点。由于中学物理中对波的描述和处理是定性和半定量化的，解决波动问题时，更多的要借助于波动的特征和波动图象。因此建立全面而准确的波动过程的物理图景、充分的认识和理解波动的特征，是学习机械波这一块内容时的首要问题。

1、波动是大量质点振动的集体表现
　　
　　正因为如此波动规律和振动规律是互相补充的，例如在应用时经常要根据质点的振动情况来分析波动情况。对于波动的这一特征要明确两点：
（1）、波的传播过程实际上是前一质点带动后一质点振动的过程，因此介质中各质点做的都是受迫振动，它们的振动频率都与波源的频率相同，也就是波动的频率。
（2）、波在传播过程中实际上传播的是波源的振动能量和振动形式，介质中各质点只是在自己的平衡位置附近来回振动，质点本身并不随波迁移。
　　
2、波动的位相关系
　　
　　沿波的传播方向，先振动的质点依次带动后振动的质点振动，因此振动质点的位相依次落后。波动的这一特征，是我们推断波形、波传播方向和质点振动方向三者相互关系的依据，已知其中两者就可推知第三者。中学物理中有许多这类问题及判断方法，应注意总结。
　　
3、波动的平移法则
　　
　　波一旦形成，就会保持这个确定的形状，以恒定的速度（波速）整体向前匀速平移，同时也包括波源的振动状态不变地匀速向外平移。把握这一特征十分重要，我们可根据某一时刻的波形图，结合匀速运动的位移公式 s = v t ，来确定任一时刻的波形图，以及分析某一质点的振动情况。

4、波动的周期性
　　
　　波动的周期性体现在两个方面：从时间上看，每经过一个周期的时间，波形重复出现一次；从空间上看，沿波传播方向每经过一个波长的距离，波形也重复出现一次。这两个方面是统一的，经过一个周期 T 的时间，波传播一个波长λ的距离；波速 v，波长λ和周期 T 的关系为 。
　　
　　根据波的这一特征，当波在介质中的传播时间 t 为周期 T 的整数倍时，波的传播距离也是波长的整数倍，波形与原来的重合。如果经过的时间 t ，波传播距离 x，不是 T 和λ的整数倍，即 （其中 n =0、1、2……，0＜Δn＜1），则只需将原波形沿波传播方向平移Δnλ，就可得到下一时刻的波形图，这就是所谓的“去整留零”。也正因为波动的这种周期性，使得波动问题经常具有多解性，并成为此类问题的特色。
　　
5、波动的双向性
　　
　　波在介质可向各个方向传播，但在波动图象中波的传播只限于坐标轴的正、负两个方向。当波的传播方向未知时，要考虑到波的传播方向可能沿正方向、也可能沿负方向。如上面的问题中将原波形沿相反方向平移（1－Δn）λ的距离，也可得到同样的波形图。一般地，波沿正、负两方向传播时，若向正、负方向传播的时间之和等于周期的整数倍，则沿正、负两方向传播所得到的波形图是相同的。波动的双向性经常也是形成波动问题多解性的一个原因，应给予充分考虑。
　　
6、波动的对称性
　　
　　波源的振动，要带动它周围与它相邻的各介质质点振动——在波动图象中只限于考虑坐标轴的左右两个方向，因而产生的波要向左、右两个方向传播。对称性就是指波在介质中向左、右传播时，关于波源对称的左、右两质点的振动情况完全相同，形成的波形也是关于波源对称的。