如何确定横波传播方向及其质点振动方向

如何确定横波传播方向及其质点振动方向

才让德吉

如何确定横波传播方向及其质点振动方向

才让德吉青海省果洛州藏文中学

在牧区中学双语教学物理课程机械波的教学中，我们主要讨论的是横波的性质。横波，即质点的振动方向与波的传播方向垂直（以下提到的波都指横波）。在这里主要讨论关于横波的传播方向及其质点振动方向的确定方法。通过在双语教学过程中发现牧区学生对波的图像知识不容易掌握，遇到题目无从下手，下面介绍几种简单、易记、易掌握的方法。

一、确定横波的传播方向或横波上某质点的振动方向的问题分类如下：

1．已知某时刻波形图以及波的传播方向，确定波上某质点的振动方向。

2．已知某时刻波形图以及某一质点在该时刻的振动方向，确定波的传播方向。

3．给定两个时刻的波形图以及波速、周期，确定波的传播方向。

二、基本方法

1．阴阳面法，可简单概括为“阴面抬头，阳面低头”。

我们都知道，某一时刻横波的图像是正弦或余弦曲线，它表示某一时刻各个质点的位移。这种方法，我们把横波的图像可看成是有波峰和波谷的连绵不断的山，将波上的各个质点看成是山上的朵朵花，波的传播方向好比是一缕阳光照射过来。当阳光照在山上时，可分出阴面和阳面来。当阳光照到阳面上的花时，花蔫了，将头低下（即质点的振动方向向下），阴面上的花，依然昂首挺立（即质点的振动方向向上）。相反，已知阴面、阳面上某朵花的状态，可确定出阳光的方向（即已知波上质点的振动方向，同理可确定出波的传播方向。此方法对于解决上面的1、2两类问题简单易懂，学生乐于接受。

2．带动法来判断波的传播方向

横波，可以看成是大量质点构成的物质，相邻质点间有相互作用力，当介质中的某一质点发生振动时，会带动周围的质点发生振动。即前一质点带动后一质点振动。具体步骤：

（1）明确波的传播方向，确定波源方位。如图2已知波向X轴正方向传播。2）在质点P靠近波源一方附近（不超过/4）图像上找另一点P′。

（3）若P′在P点的上方，则P′带动P点向上振动，若P′在P点的下方，则P′带动P点向下振动。

3．微平移法，已知质点振动方向，求波的传播方向。

根据所给的图像，先假设波向某一方向传播，然后沿波的方向作微小平移，平移距离△s（△s﹤/4）后的波形，看已知质点的振动情况与题设条件是否相同，如果相同则假设成立，反之假设不成立。如图3所示已知P点向下振动，求波的传播方向。

解：先假设波向X轴正方向传播，作出△t后的波形，如图3中虚线所示，则P′点在P点的上方，即假设与题设相矛盾，假设不成立，则波向X轴负方向传播。

4．给定两个时刻的波形图及波速，确定波的传播方向。

通过计算△s＝V△t，根据已知条件计算出一定时间间隔内波传播的距离△s与波长比较，从而得出波的传播方向。

例：如图4，一列简谐波在t1＝0和t2＝0.005秒时刻的波形图。已知v=6000米/秒，确定这列波的传播方向。

解：由图形可知=8米

△t＝t2－t1＝0.005秒

△s＝V△t＝30米

△s＝3＋6＝3＋3/4

从图上分析，以A质点来看，从平衡位置到达最大位移处，需要时间可能是nT＋T/4或nT＋3T/4，则波向前传播的距离是n﹢/4或n＋3/4，根据以上的计算可知传播的距离是n＋3/4，则经过时间是nT＋3T/4。（判断波的传播方向可根据波图像的周期性采用去整留零头，即整周期去掉，只留不足周期部分）则A质点从平衡位置到达最大位移处，经过3T/4，波只能向左传播。

以上所提到几种方法，阴阳面法对解决波的传播方向或波上某一质点的振动方向来说最方便，且准确，学生乐于接受。带动法和微平移法在原理上来说也是很简单，但步骤较繁，若要学生选择，肯定要选阴阳面法。第四种方法，是针对给出波形图，要求波的传播方向或画波形图而言，也较为适用。