约2880字。
第二讲波的图象
教学过程
1.波的图象
a.横坐标——表示在波的传播方向上各质点的平衡位置与参考点的距离。
b.纵坐标——表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。
c.连接各位移矢量的末端所得到的曲线就形成了波的图象,如图1中甲表示某一时刻绳上的一列横波,乙是它的图象。
d.横波的图象与纵波的图象形状相似,波的图象又叫波形图。
(纵波的图象较为复杂,不再深入讨论。简谐波的图象是一条正弦或余弦曲线。)
2.波的图象的物理意义
波的图象表示介质中各质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位置的位移的空间分布情况。在不同时刻质点振动的位移不同,波形也随之改变,不同时刻的波形曲线是不同的。
--图2表示经过Δt时间后的波的形状和各质点的位移。
--从某种意义上讲,波的图象可以看作是“位移对空间的展开图”,即波的图象具有空间的周期性;同时每经过一个周期波就向前传播一个波长的距离,虽然不同时刻波的形状不同,但每隔一个周期又恢复原来的形状,所以波在时间上也具有周期性。
3.从波的图象上可获取的物理信息
例:如图3所示为一列简谐波在某一时刻的波的图象求:(1)已知波向右传播,说明A、B、C、D质点的振动方向。(2)画出经过T/4后的波的图象。
解:(1)根据波的传播方向和波的形成过程,可以知道质点B开始的时间比它左边的质点A要滞后一些,质点A已到达正向最大位移处,所以质点B此时刻的运动方向是向上的,同理可判断出C、D质点的运动方向是向下的。
(2)由于波是向右传播的,由此时刻经T/4后波的图象,即为此时刻的波形沿波的传播方向推进λ/4的波的图象,如图4所示。
讨论:
1.若已知波速为20m/s,从图示时刻开始计时,说出经过5s,C点的位移和通过的路程。
2.若波是向左传播的,以上问题的答案应如何?
3.从波的图象可以知道什么?
总结:
A.从波的图象上可获取的物理信息是:
(1)已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。
(若已知某一质点的振动方向也可确定波的传播方向。可以提出问题,启发学生思考。)
(2)经过一段时间后的波形图。(3)质点在一段时间内通过的路程和位移。
B.由波的图象及波的传播方向确定此刻质点振动方向的方法:
(1)特殊点法:在质点P靠近波源一方也做过(不超过λ/4)图象上另找一点P’,若P’在P上方,则P向上运动;若P’在P下方,则P向下运动。
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