從文學(xué)藝術(shù)角度看振動(dòng)與波

劉成君

(天津市靜海區(qū)第六中學(xué) 301600)

由于振動(dòng)和波比較抽象，學(xué)生理解起來比較困難，教師講解也比較費(fèi)力，有的同學(xué)理解了，記憶的時(shí)間也不長(zhǎng)，筆者經(jīng)過思考分析，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)與波與我國(guó)博大精深的文學(xué)藝術(shù)有一定的聯(lián)系，可能會(huì)加深學(xué)生對(duì)振動(dòng)和波的理解.

一、魯迅先生講振動(dòng)與波的關(guān)系

魯迅先生在《故鄉(xiāng)》中寫到：“希望本無所謂有,無所謂無的.這正如地上的路：其實(shí)地上本沒有路,走的人多了,也便成了路”.振動(dòng)和波的關(guān)系也可理解為：其實(shí)地上本沒有波，振動(dòng)的人多了，也便成了波.如果有多人排成一排，都做蹲起運(yùn)動(dòng)(當(dāng)然起動(dòng)有先后)，如果在某一時(shí)刻給這些人拍一張照片，這些人的頭部連接曲線就近似為該時(shí)刻的波形.這正說明了波是無數(shù)個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的位移.

例1 如天津市2008年高考第21題，一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線由a向b傳播，相距10.5 m的a、b兩處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖象如圖1中a、b所示，則( ).

圖1

A.該波的振幅可能是20 cm

B.該波的波長(zhǎng)可能是8.4 m

C.該波的波速可能是10.5 m/s

D.該波由a傳到b可能歷時(shí)7 s

解析其中質(zhì)點(diǎn)a、b就相當(dāng)于振動(dòng)的兩個(gè)人,0時(shí)刻人物a相當(dāng)于正好蹲到最低點(diǎn)，人物b相當(dāng)于正處在半蹲且向上站起的狀態(tài)(在平衡位置向上振)，畫出圖像如圖2所示：

圖2

圖3

例2 如天津市2013年高考第7題，一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線傳播，該直線上平衡位置相距9m的a、b兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖3所示.下列描述該波的圖象可能正確是( ).

圖4

圖5

解析其中質(zhì)點(diǎn)a、b也相當(dāng)于振動(dòng)的兩個(gè)人,0時(shí)刻人物a相當(dāng)于正好全部站起，人物b相當(dāng)于正處在半蹲且向下蹲下的狀態(tài)(在平衡位置向下振)，畫出圖像如圖5所示.由于沒有說明向哪個(gè)方向傳播，因此a、b間波形有兩種：即①和②

二、韓愈先生講波傳播的是什么

韓愈先生在《師說》中寫到：“師者，所以傳道受業(yè)解惑也......聞道有先后，術(shù)業(yè)有專攻，如是而已. ”，師所傳的“道”就相當(dāng)于教材中講的波傳播的是一種振動(dòng)形式.振動(dòng)形式就是“道”，傳的是“道”，且聞道有先后.

圖6

例3天津市2007年高考第21題，如圖6所示，實(shí)線是沿x軸傳播的一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻的波形圖，虛線是這列波在t=0.2 s時(shí)刻的波形圖.已知該波的波速是0.8 m/s，則下列說法正確的是( ).

A.這列波的波長(zhǎng)是14 cm

B.這列波的周期是0.125 s

C.這列波可能是沿x軸正方向傳播的

D.t=0時(shí)，x=4 cm處的質(zhì)點(diǎn)速度沿y軸負(fù)方向

由x=vt得出波傳播的距離為16 cm ，去掉整波長(zhǎng)12 cm，相當(dāng)于傳播了4 cm.追蹤實(shí)線上平衡位置在4 cm處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)形式，這個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)形式就是師要傳的“道”，若向x軸正方向傳播，則虛線上平衡位置在12 cm處的質(zhì)點(diǎn)的“道”與前者相同(波的形狀相同)，這個(gè)“道”傳了8 cm，與前面計(jì)算不符；若向x軸負(fù)方向傳播，則虛線上平衡位置在0cm處的質(zhì)點(diǎn)的“道”與前者相同，這個(gè)“道”傳了4 cm，與前面計(jì)算相符，因此波向x軸負(fù)方向傳播.

又如天津市2007年高考第21題，一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點(diǎn)時(shí)波形如圖7所示，再經(jīng)0.6 s，N點(diǎn)開始振動(dòng)，則該波的振幅A和頻率f為：

圖7

A.A=1mf=5 HZ B.A=0.5 mf=5 HZ

C.A=1 mf=2.5 HZ D.A=0.5 mf=2.5 HZ

本題如果加問，N點(diǎn)的起振方向向哪？就要找N點(diǎn)起振的老師，即N點(diǎn)前面正要起振的M點(diǎn)，判斷出M點(diǎn)起振方向向上，這個(gè)“道”傳到N點(diǎn)時(shí)，N點(diǎn)起振方向也向上.

同時(shí)可加問，N點(diǎn)何時(shí)第一次到波峰？則在前面波形中找到這個(gè)“道”(波峰)，即平衡位置在4m處的質(zhì)點(diǎn).用該點(diǎn)與N點(diǎn)的距離(11-7)m/波速v，即得這個(gè)“道”傳到N點(diǎn)的時(shí)間，N點(diǎn)也就相當(dāng)于“聞道”晚的點(diǎn).不能直接用波形把M和N連接起來看波傳到N點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)情況，因?yàn)椴ㄔ趥鞑ミ^程中正如動(dòng)畫片《變形金剛》主題曲中唱到的那樣：“變形金剛，隨時(shí)變形狀.”它是變著形往前傳的，不能直接連接.

總之，在教學(xué)中加入一些文學(xué)色彩或一些別的東西，能加深對(duì)知識(shí)的理解，增加授課的趣味性，使學(xué)生在較枯燥的理科邏輯思維中增強(qiáng)人文素養(yǎng).正如《中共中央關(guān)于進(jìn)一步繁榮發(fā)展哲學(xué)社會(huì)科學(xué)的意見》中指出的那樣，哲學(xué)社會(huì)科學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用和自然科學(xué)一樣重要.