Question

确定波动质点振动方向的四大方法

Answer 1

　　机械波既是高中物理学习的重点，也是难点，特别是如何确定波动质点的振动方向。为了有效突破这一难点，使学生掌握机械波的运动特征，弄清波动与振动的联系与区别，我们引导学生进行了大量探究活动，总结出以下四种确定波动质点振动方向的方法，供参考。

　　方法一 波的成因法

　　由波的形成原理可知，后振动的质点总是重复先振动的质点的运动，而当质点处于波峰和波谷瞬间，其速度为零。若已知波的传播方向，判断某质点的振动方向时，可找沿波传播方向与该点距离最近的波峰或波谷，根据波峰或波谷位置的关系确定振动方向。

　　例1 如图1所示，波沿x轴正向传播，试确定该时刻b、d两质点的振动方向。

　　解析 沿着波的传播方向，b质点总是重复着先振动的a质点的运动(a为所参考点)。此时刻a质点正好处在波峰，且是在b质点之前未经过一个波谷的波峰，那么b质点必然“模仿”a质点去“充当”下一时刻的波峰，故a质点正在向上振动。同理，d质点必然“模仿”它的前一个c质点(c为参考点)去“充当”下一时刻的波谷而向下振动。

　　利用此方法的关键是选取参考质点，一是要求其位置在所研究的质点之前，二是要求其位置正好在所研究的质点最近的波峰或波谷处。

　　方法二 带动法(又叫特殊质点法)

　　思路为：①明确波的传播方向，从而确定波源的方位。②在波的图像上(如图1所示)找出研究质点p靠近波源的一方附近(不越过波峰或波谷)处的另一质点p'。③若质点p'在质点p上方，则质点p'将带动质点p向上运动;反之，向下运动。

　　对此方法的运用必然能够加强对机械波形成的理解。

　　方法三 微平移法

　　在已知某时刻波的图像和传播方向的基础上，只须画出经微小时间△t(△t<)后的波形即平移法，就知道各质点经过△t到达的位置，从而确定该时刻的振动方向。

　　例2 已知某时刻机械波正在沿x轴负向传播，某时刻t波形如图2示，说明a、b、c三个质点在该时刻的振动方向。

　　解析 画出(t+△t)时刻的波形图，如图2虚线所示，再过a、b、c分别作垂直于x轴的辅助线，并与t时刻的波形图线交于a'、b'、c'点，考查a与a'，b与b'，c与c'的相对位置，可得知：a质点正向下运动，b质点正向上运动，c质点正向下运动。

　　利用此方法虽不需要对波的成因有较强的理解，但对利用平移法正确画出经 △t 时间后的波形图有较高的要求。

　　方法四 口诀法“上坡下，下坡上”

　　口诀法是在理解了波动的本质及波动规律的基础上借助种种联想总结出的方法，此法简便易记，有很高的实用价值。

　　意思是将波形想成一条“坡路”，当沿着波的传播方向行走时，处于“上坡”阶段的各质点振动方向向下(如图1中d点)，而处于“下坡”阶段的各质点振动方向向上(如图1中b点和p点)，可简记为“上坡下，下坡上”。

　　需要注意的是，利用口诀法时，一定要理解“口诀”中所创设的意境。