波动图像:表示波的传播方向上,介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移。
当波源作简谐运动时,它在介质中形成简谐波,其波动图像为正弦或余弦曲线。
(1)由波的图像可获取的信息
① 从图像可以直接读出振幅(注意单位);
② 从图像可以直接读出波长(注意单位);
③ 可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移(包括大小和方向);
④ 在波速方向已知(或已知波源方位)时可确定各质点在该时刻的振动方向;
⑤ 可以确定各质点振动的加速度方向(加速度总是指向平衡位置)。
(2)波动图像与振动图像的比较
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振动图像 |
波动图象 |
研究对象 |
一个振动质点 |
沿波传播方向所有的质点 |
研究内容 |
一个质点的位移随时间变化规律 |
某时刻所有质点的空间分布规律 |
图象 |
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物理意义 |
表示一质点在各时刻的位移 |
表示某时刻各质点的位移 |
图象变化 |
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 |
一个完整曲线占横坐标距离 |
表示一个周期 |
表示一个波长 |
区分振动图像和波的图像
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② 图象的横坐标的单位不同:振动图象的横坐标表示时间;波的图象的横坐标表示距离。
③ 从振动图象上可以读出振幅和周期;从波的图象上可以读出振幅和波长。
(3)波动图像中,波形、波的传播方向、某一介质质点的即时速度方向,这三者中已知任意两者,可判定另一个。(口诀:“上坡下,下坡上”)
(4)波的传播是匀速的。
在一个周期内,波形匀速向前推进一个波长。n个周期波形向前推进n个波长(n可以是任意正数)。
(5)介质质点的运动是简谐运动(一种变加速运动)。
任何一个介质质点在一个周期内经过的路程都是4A,在半个周期内经过的路程都是2A,但在四分之一个周期内经过的路程就不一定是A了。
质点振动方向与波传播方向判定 |
方法1 |
方法2 |
平移波形法: 一列横波向右传播,判断M点的振动方向。设想在极短时间内波形向右平移,则下一刻波形如虚线上M正下方的M’点,由此可知M应向下振动。反之,已知M向下振动,波形应该右移,波向右传播。 |
质点振动比较法: 波向右传播,右边M点的振动落后于左边的P点,则M点重复P点振动,P点在M点的下方,应“追随”P点的运动,则M点向下振动,即波向右传,M点向下运动;波向左传,M点向上运动。 |
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3. 波动问题多解性
波的传播过程中时间上的周期性、空间上的周期性以及传播方向上的双向性是导致“波动问题多解性”的主要原因,若题目假设一定的条件,可使无限系列解转化为有限或惟一解。