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【摘要】学生在处理波动图象和振动图象结合的题目时常会被波的传播方向、质点的振动方向、不同时刻质点所处位置等诸多因素搞的异常困惑,但若找到振动图象与波动图象结合题目的突破点,用“三何法”,即依据“何时,何地,何向”来确定具体的解题思路和过程,这类问题就会迎刃而解。
【关键词】波动图象;振动图象;三何法
学生在处理波动图象和振动图象结合的题目时常会因为波的传播方向、质点的振动方向、不同时刻质点所处位置等诸多因素搞的异常困惑,但若清楚了波动图象和振动图象的本质及联系后,找到振动图象与波动图象结合题目的突破点,加上一定的解题技巧和方法,这类问题就会迎刃而解。
振动图象和波的图象从图形上看好象没有什么区别,但实际上它们有本质的区别:
1.物理意义不同:振动图象表示同一质点在不同时刻的位移;波动图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移。
2.图象的横坐标的单位不同:振动图象的横坐标表示时间;波动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;从波动图象上可以读出振幅和波长。
解决波动图象和振动图象结合的题目时要看清是哪一时刻的波形图,然后再看振动图像中这一时刻质点正在向哪一个方向振动,即“何时,何地,何向”,再由振动方向与波的传播方向的关系来确定具体的解题思路和过程。
例1:一列简谐横波沿x轴负方向传播,如图1所示,其中图甲是t=1 s时的波形图,图乙是该波中某振动质点的位移随时间变化的图像(两图用同一时间起点)。
A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点
C.x=2 m处的质点 D.x=3 m处的质点
[解析]依据“何时,何地,何向”由图1-乙可知:“t=1 s时质点在平衡位置,正沿y轴负方向运动”,由于该波沿x轴负方向传播,由图1-甲知此时x=0处的质点在平衡位置,且正沿y轴负方向运动,故选A。
例2:一列横波沿x轴正向传播,a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图2a所示,此后,若经过34周期开始计时,则图b描述的是( )
A.a处质点的振动图像 B.b处质点的振动图像
C.c处质点的振动图像 D.d处质点的振动图像
[解析]依据“何时,何地,何向”由题图2-b可知:“经过34周期后计时时该质点从平衡位置向下振动”,由题图2-a可以判断经过3/4周期后,只有质点b处于平衡位置且正向下振动,可以判断图2-b表示b质点的振动图像,选项B正确。
例3:如图3甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图3乙为介质中x=2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图像。下列说法正确的是()
A.这列波沿x轴正方向传播
B.这列波的传播速度是20 m/s
C.经过0.1 s时,质点Q的运动方向沿y轴正方向
D.经过0.35 s时,质点Q距平衡位置的距离大于质点P距平衡位置的距离
[解析]由波动图象知:波长λ=4 m.由振动图象知:周期T=0.2 s,所以波速 ,B项正确。再依据“何时,何地,何向”由振动图象知:P点“在该时刻,由平衡位置,沿-y方向振动”,结合波动图象知波沿+x方向传播,A项正确.因t=0.1 s= ,则Q点的运动方向沿-y方向,C项错.当t=0.35 s= 时,P点位于波峰处,而Q既不在波峰也不在波谷,故D项错.
[解析]依据“何时,何地,何向”由振动图像可知:“t=0时刻该质点的位移为负值,且沿y轴负方向运动”。结合波形图,由“上下坡法”可知,t=0时刻x=2.5 m处的质点正沿y轴负方向运动,C项正确。
例5.图5-甲是一列简谐横波在t=1.25 s时的波形图,已知c位置的质点比a位置的晚0.5 s起振,则图乙所示振动图像对应的质点可能位于( )
[解析]根据所给波形图和c位置的质点比a位置的质点晚0.5 s起振可知,该列简谐横波向x轴正向传播,周期是T=1 s,所以t=1.25s在图5-乙中应位于A点后面T/4之间(如图5-丙所示),该质点正从正位移处向平衡位置振动。依据“何时,何地,何向”由图5-甲可知“t=1.25s时,从正位移向平衡位置振动”的点可能位于d 通过以上例子我们可以体会到,对于波动图象和振动图象结合的题目,用“三何法”处理,即用“何时,何地,何向”联系两个图象,这类问题就会迎刃而解。
【关键词】波动图象;振动图象;三何法
学生在处理波动图象和振动图象结合的题目时常会因为波的传播方向、质点的振动方向、不同时刻质点所处位置等诸多因素搞的异常困惑,但若清楚了波动图象和振动图象的本质及联系后,找到振动图象与波动图象结合题目的突破点,加上一定的解题技巧和方法,这类问题就会迎刃而解。
振动图象和波的图象从图形上看好象没有什么区别,但实际上它们有本质的区别:
1.物理意义不同:振动图象表示同一质点在不同时刻的位移;波动图象表示介质中的各个质点在同一时刻的位移。
2.图象的横坐标的单位不同:振动图象的横坐标表示时间;波动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;从波动图象上可以读出振幅和波长。
解决波动图象和振动图象结合的题目时要看清是哪一时刻的波形图,然后再看振动图像中这一时刻质点正在向哪一个方向振动,即“何时,何地,何向”,再由振动方向与波的传播方向的关系来确定具体的解题思路和过程。
例1:一列简谐横波沿x轴负方向传播,如图1所示,其中图甲是t=1 s时的波形图,图乙是该波中某振动质点的位移随时间变化的图像(两图用同一时间起点)。
A.x=0处的质点 B.x=1 m处的质点
C.x=2 m处的质点 D.x=3 m处的质点
[解析]依据“何时,何地,何向”由图1-乙可知:“t=1 s时质点在平衡位置,正沿y轴负方向运动”,由于该波沿x轴负方向传播,由图1-甲知此时x=0处的质点在平衡位置,且正沿y轴负方向运动,故选A。
例2:一列横波沿x轴正向传播,a、b、c、d为介质中沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图2a所示,此后,若经过34周期开始计时,则图b描述的是( )
A.a处质点的振动图像 B.b处质点的振动图像
C.c处质点的振动图像 D.d处质点的振动图像
[解析]依据“何时,何地,何向”由题图2-b可知:“经过34周期后计时时该质点从平衡位置向下振动”,由题图2-a可以判断经过3/4周期后,只有质点b处于平衡位置且正向下振动,可以判断图2-b表示b质点的振动图像,选项B正确。
例3:如图3甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图3乙为介质中x=2 m处的质点P以此时刻为计时起点的振动图像。下列说法正确的是()
A.这列波沿x轴正方向传播
B.这列波的传播速度是20 m/s
C.经过0.1 s时,质点Q的运动方向沿y轴正方向
D.经过0.35 s时,质点Q距平衡位置的距离大于质点P距平衡位置的距离
[解析]由波动图象知:波长λ=4 m.由振动图象知:周期T=0.2 s,所以波速 ,B项正确。再依据“何时,何地,何向”由振动图象知:P点“在该时刻,由平衡位置,沿-y方向振动”,结合波动图象知波沿+x方向传播,A项正确.因t=0.1 s= ,则Q点的运动方向沿-y方向,C项错.当t=0.35 s= 时,P点位于波峰处,而Q既不在波峰也不在波谷,故D项错.
[解析]依据“何时,何地,何向”由振动图像可知:“t=0时刻该质点的位移为负值,且沿y轴负方向运动”。结合波形图,由“上下坡法”可知,t=0时刻x=2.5 m处的质点正沿y轴负方向运动,C项正确。
例5.图5-甲是一列简谐横波在t=1.25 s时的波形图,已知c位置的质点比a位置的晚0.5 s起振,则图乙所示振动图像对应的质点可能位于( )
[解析]根据所给波形图和c位置的质点比a位置的质点晚0.5 s起振可知,该列简谐横波向x轴正向传播,周期是T=1 s,所以t=1.25s在图5-乙中应位于A点后面T/4之间(如图5-丙所示),该质点正从正位移处向平衡位置振动。依据“何时,何地,何向”由图5-甲可知“t=1.25s时,从正位移向平衡位置振动”的点可能位于d