淺談質點振動方向與橫波傳播方向的判斷

摘 要:介紹機械波中判斷振動方向與橫波傳播方向關系的8種方法。

關鍵字:振動; 平移; 滾動; 走波; 三角形

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1006-3315(2010)6-032-001

高中物理教學中，在振動與波動圖像中，振動方向與橫波傳播方向的判斷方法有多種，筆者認為利用以下幾種方法比較方便，同學們易于接受，現不妨介紹如下:

1、質點振動法

其原理是:后一質點總是受到前一質點的帶動而振動，故其振動狀態總是跟著前質點的狀態，即“后跟前”。可知后一質點的運動方向總是指向該時刻前一質點所在的位置方向。

即判斷某一時刻某一質點振動方向時:“波向右傳看左邊，波向左傳看右邊。”

2、特殊點法

在質點P靠近波源一方附近圖像上找另一點P'，若P'在上，則P向上振動，若P'在下，則P點向下振動。

如圖1所示為一沿x軸負方向傳播的橫波，要求判斷P質點的振動方向，則在質點的右側靠近P點處找一P'質點，由圖可知P'在質點P的下方，則可判斷出質點P此時振動方向向下。 3、波的平移法

將波形沿波的傳播方向做微小移動，由于質點僅沿y軸方向移動，可根據質點運動后的位置判斷質點的振動方向。反之亦然。

例1:如圖2所示為一沿x軸正方向傳播的橫波，試確定質點A、B、C、D的振動方向。

將波沿x軸正方向做微小移動，如圖中虛線，可看出A'、B'、C'、D'即為質點運動后的位置，故該時刻A、B沿y軸正方向振動，C、D沿y軸負方向振動。

4、小球滾動法

假想在波谷處放一小球，可根據小球的滾動情況來判斷波的傳播方向與質點振動方向之間的關系。

如圖3所示，若已知A點振動方向向上，則可假想在最靠近它的波谷內有一小球。不難看出:A向上運動時，小球向右滾動，此即該波的傳播方向。

5、走波法

波的圖像猶如山，有上坡、有下坡，若迎著速度方向看，上坡與下坡就唯一確定了，在上坡圖線上的各質點、速度向上，下坡圖線上的各質點速度向下，在最大位移處的質點速度為零。記住一句話即可，即“迎著速度看，上坡向上，下坡向下”。

例2:如圖4所示，一列橫波沿著x軸正方向傳播，試判斷圖中A、B、C、D、E各質點的振動方向。

根據“走波法”波向右傳播，我們從右向左看，A、E兩質點處在上坡圖線上，則向上振動;B、C、D質點處在下坡圖線上，則向下振動。

6、同側法

在波的圖上的某一點，沿豎直方向畫出一個箭頭表示質點的振動方向，并在同一點沿水平方向畫個箭頭表示波的傳播方向，那么這兩個箭頭總在曲線的同側，如圖5所示。

v表示波的傳播方向

s表示質點的振動方向

v和s總是在圖像的同一側。

7、三角形法

如要根據波的傳播方向判斷質點的振動方向，只需在要判定的波形圖線與x軸所圍成的區域內畫一個三角形，先沿x軸畫三角形的底邊，并標上與傳播方向一致的箭頭，然后根據波形順箭頭方向繞畫三角形的另外兩條邊，則可根據三角形上箭頭的方向判斷各質點的振動方向。反之，先標好三角形另兩條邊上的箭頭，再順次畫上三角形底邊上的箭頭，即確定出波的傳播方向。

例3:如圖6所示，已知一列橫波沿x軸正方向傳播，試判定波動質點1、2……7的振動方向。

由上面的法則畫出三角形ABC和三角形DEF，并標上箭頭，可判斷出質點1、2、6、7的振動方向向下，質點3、4、5的振動方向向上。

8、左右手爬山法

若已知波的傳播方向是沿x軸正方向，即向右傳播，則伸出右手，沿著波形爬山;若波是向左傳播，則伸出左手，沿著波形爬山，手形向上處的各質點的振動方向向上，手形向下處的各質點的振動方向向下。

如圖7，已知一列橫波沿x軸負方向傳播，根據“左右手爬山法”伸出左手沿著波形爬山，當手經過質點A、E、F、G時手形向上，則可判斷這幾個質點該時刻的振動方向向上;當手經過B、C、D、H時手形向下，則可判斷這幾個質點的振動方向向下。