再识波形图与波动图想

(整期优先)网络出版时间:2022-12-18
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再识波形图与波动图想

唐德汉

四川省西昌市第一中学      

在新课程形势下要求:新课程提倡培养学生独立思考能力、发现问题与解决问题的能力以及探究式学习的习惯。学生进入高三后,学习时间紧迫、任务量重。老师在实际的教学过程中,结合新课程形势下的高考要求,要满足学生的学习需要;所以要优化课堂结构,提高课堂教学的效率。

机械振动与机械波在高中物理中是考查的重要内容,对波的传播图像与质点的振动图像作进一步的归纳、升华,显得尤为必要。

一、两种图像的比较

图像类型

振动图像

波的图像

图像

图像变化

随时间推移,图像延续,但已有形状不变

随时间推移,图像沿传播方向平移

方程式

归纳、升华

1.相隔T或nT(n为正整数)的两个时刻,质点同相振动(位移、速度、加速度大小相等,方向相同)。

2.相隔或(n为正整数)的两个时刻,质点反相振动(位移、速度、加速度大小相等,方向相同反),质点关于平衡位置对称

1.相差λ或nλ(n为正整数)的两个质点,质点同相振动(位移、速度、加速度大小相等,方向相同)。

2.相差(n为正整数)的两个质点,质点反相振动(位移、速度、加速度大小相等,方向相同反),质点关于平衡位置对称

二、理解

质点的振动是简谐运动,振动质点在平衡位置附近往复运动,其运动具有典型的对称性。振动是波的成因,振动质点在机械波中由上一质点带动从而作受迫振动;所以质点完成一次全振动,机械波就会在介质中向前传播一个波长。质点的振动周期和机械波的传播周期相同。

利用质点振动和机械波的这一对应关系,处理问题是会极大的方便,节约时间,提高效率。老师在上课过程中给学生总结性的传授这些方法,会极大的激发学生学习的热情和积极性。

三、实例应用

(2018年.全国Ⅰ卷34题)一列简谐横波在t= s时的波形图如图(a)所示,P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图像。求:

(1)波速及波的传播方向;

(2)质点Q的平衡位置的x坐标。

解析:(1)由题图(a)可以看出,该波的波长为

λ=36 cm

由题图(b)可以看出,周期为T=2 s

波速为v==18 cm/s

由题图(b)知,当t= s时,Q点向上运动,结合题图(a)可得,波沿x轴负方向传播。

(2)

方法一:设质点O的振动方程为yOAsin(ωtφ),其中

ω==π rad/s

t= s时有yOAsin=-,可得φ=-

yOAsin

由题图(b)可知yQAsin ωt

所以O、Q两质点的相位差为

xQλ=9 cm。

方法二:由于波沿x轴负方向传播,(a)图是t= s时的波形图,图(b)是质点Q的振动图像.由图(b)可知,质点Q此时在平衡位置上方向上振动,经到波峰的位置,则波会向前传播,可知Q与波峰在x轴上的距离为3cm.

x=0的质点此时在平衡位置下方向上振动,位移为,经到平衡位置,可波会向前传播,可知O与P在x轴上的距离为3cm,则xQ=9 cm。

法三:由Q点的振动方程yQAsin ωt知,在t= s时,Q点在且向上振动,则在t= s时Q点的初相位为t= s时O点的初相位为O点与Q点的相位差为,所以OQ在x轴上的距离只差为9cm.得xQ=9 cm。

以上是笔者教学过程中的一点心得,类似题型较多,希望读者从中受到启发,触类旁通,读有所获。