内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第一册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
过去研究单个质点的运动情况时,用-t图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移,而波却是很多质点的运动,在同一时刻各个质点的位移都不尽相同,不方便用x-t图像来描述。能否用其他的图像来描述波呢?
如图,是根据一张绳上横波的照片画出的图,记录了绳上各质点在该时刻的具体位置。
波的图像
建立直角坐标系Oxy:用横坐标x表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置;纵坐标y表示某一时刻绳中各质点偏离平衡位置的位移。规定,位移向上时y取正值。
把平衡时位于x1,x2,x3,¼的质点的位移y1,y2,y3,¼画在Oxy坐标平面内,得到一系统的点,这些点的集合就是这一时刻波的图像,也称为波形图。
如果波的图像是正弦曲线,这样的波叫作正弦波,也叫简谐波。
简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线,但它们的意义不同。
波长
在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫作波长,通常用l表示。
在横波中,两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。
在纵波中,两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。
频率
在波动中,各个质点的振动周期或频率是相同的,都等于波源的振动周期或频率。这个周期或频率也叫作波的周期或频率。
波速
经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于一个波长l。
机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定,在不同介质中波速是不同的。
思考与讨论
图中实线为t=0时刻的波形图,虚线为t=0.1s时刻的波形图,据此能否判定波的传播方向?
例题 图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5s后,其波形如图中虚线所示。设该波的周期T大于0.5s。求:(1)如果波是向左传播的,波的速度是多大?波的周期是多大?(2)如果波是向右传播的,波的速度是多大?波的周期是多大?
分析
这列波的周期大于0.5s,所以经过0.5s的时间,这列波传播的距离不可能大于一个波长。
当波向左传播时,图中的波峰1只能到达波峰2,而不可能向左到达更远的波峰。
当波向右传播时,图中的波峰1只能到达波峰3,而不可能向右到达更远的波峰。