第二节 波的图象
例题1:一列横波在某时刻的波形图如图所示.
(1)若此时刻质点a的振动方向向下,则波向什么方向传播?
(2)若波向右传播,此时刻d点向什么方向振动?
出题目的:由具体波形图确定波的传播情况
【解析】(1)取和a点相邻的两个点b、c.若a点此时刻向下振动,则b点应是带动a点振动的,c点应是在a点带动下振动的.所以b点先振动,其次是a、c两点.因此,波是向左传播的.(2)取和d点相邻的一个点e.由于波向右传播,所以d点应该比e点先振动起来,e点是在d点带动下振动起来的.所以d点此时刻应该向下振动.
我们再通过下面的例题将两者的方向关系归纳为两种处理方法
例题2: 如图所示是一列向右传播的横波,请标出这列波中a、b、c、d……h等质点这一时刻的速度方向.
出题目的:由波形图确定波中质点的运动情况.
解析:方法1:波的成因法.波动过程中介质质点的运动特点可用三句话来描述,即先振动的质点带动后振动的质点,后振动的质点重复前面质点的振动,后面振动质点的振动状态落后于先振动的质点;概括起来就是“带动、重复、落后”.
质点c和g此时在最大位移处,速度为零,无所谓速度方向,利用波的成因法,以此时最大位移处的c为参照点,d的振动落后c,要跟着到最大位移处,所以速度向下,e、f依次跟上,速度都向下;b的振动超前c,已从负的最大位移回报,所以速度向上,a超前b,速度也向上;同理以g为参照点,可知h点速度向上.
方法2:逆向描波法.手握一支笔,在波形图线上逆着波的传播方向复描该波形,复描时笔尖沿波形向上经过的质点,此刻均向上振动;复描时笔尖沿波形向下经过的质点,此刻均向下运动(波峰、波谷点除外),这种方法也叫“走波法”.如图所示是一列向右传播的波,故从右向左复描该波,很容易得知h点向上运动,f、e、d向下运动,a、b向上运动.利用逆向描波法来判定速度方向比较简单.
例题3:某一简谐横波在t=0时刻的波形图如图的实线所示.若波向右传播,画出T/4后和T/4前两个时刻的波的图象.
出题目的:利用已知条件画出波的图象
解析:根据t=0时刻波的图象及传播方向,可知此时刻A、B、C、D、E、F各质点在该时刻的振动方向,由各个质点的振动方向可确定出经T/4后时刻各个质点所在的位置,将这些点所在位置用平滑曲线连接起来,便可得到经T/4后时刻的波的图象.如图中的虚线(a)所示.
同样道理,各个质点的振动方向可确定出T/4前时刻各个质点所在位置,于是便可得到T/4前时刻的波的图象.如图中虚线(b)所示.
若波向左传播,同样道理可以画出从t=0时刻开始的T/4后和T/4前两个时刻的波的图象.
例题4:一列横波沿绳子向右传播,某时刻形成如图所示的凸凹形状,对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点.
A.它们的振幅相同
B.其中D、F速度方向相同
C.其中A、C速度方向相同
D.从此时算起,B比C先回到平衡位置
出题目的:由波形图判断波中质点的运动情况.
解析:波源振动,绳上各质点都做受迫振动,不计传播中的能量损耗,各质点的振幅相同,则A对.波向右传播,则波源在左侧,离波源远的质点落后并重复离波源近的质点的振动,由此可知此时质点A正向下振动,C点随质点B向上振,D点随C点向上振,F点随E点向下振,则A与C,D与F的振动方向均相反,则B、C错,而质点B、C都向上振,都要先到最大位移处再回到平衡位置,但C落后于B,则B比C先回到平衡位置,答案为A、D.