高中物理波动问题归类解析.doc

波动问题归类解析波动是一种较为复杂的运动形式，相关问题具有信息量大，综合性强，对学生理解和推理能力要求较高的特点。本文将就近几年高考考查的波动问题进行归类解析。一. 波动方向与振动方向例1. （2005年理综全国卷III）一列简谐横波在x轴上传播，某一时刻的波形如图1（实线）所示，a、b、c三个质元，a向上运动，由此可知（ ）图1A. 该波沿x轴正方向传播B. c正向上运动C. 该时刻以后，b比c先到达平衡位置D. 该时刻以后，b比c先到达离平衡位置最远处分析解答：本题是已知波方向判断质点的振动方向（或相反），解答此题的方法很多，但比较形象直观方法是“微平移法”（注：此法源于从振源发出简谐波，传播过程中“波前”形状不变），具体做法是：将波保持原形沿已知（或假定）的波传播方向将波平移一个微小距离（），若新波在上，则该侧质点皆向上振动，若新波在下，则该侧质点皆向下振动。在本题中，假设波向右传播，按“微平移法”画出新波，如图1中虚线所示，由图和题意可知：该时刻波沿x轴正向传播；质元b正向上运动；质元c正向下运动。故选项A、C正确。二. 知某时刻波形图和波动方向，画出另一时刻波形图例2. （2000年上海市）细绳的一端在外力作用下从t0时刻开始做简谐运动，激发一列简谐波，在细绳上选取15个点，图2甲为t0时刻各点所处的位置，图2乙为tT/4时刻的波形图（T为波的周期）在图2丙中画出t3T/4时刻的波形图。图2分析解答：此题考查学生对波的形成和波传播特点的理解。解本题的方法有两种：一是特殊点法：取（或者）内且处于波峰或波谷及平衡位置的质点为研究对象，根据这些质点的振动方向，判断它们经给时间的新位置（；若，则取），然后过这些质点的新位置画出正余弦曲线即可；另一方法是平移法：先算出波经时间传播的距离（或）再把波形沿波传播方向推移的距离即得到新波形；该题用“平移法”处理比较简单，由图2乙可知该波在T/4内传播距离为三个间隔；又因波在同种均匀介质中是匀速运动，所以，在3T/4内传播距离应为9个间隔，t3T/4的时刻波到达第10个质点；按照“平移法”，将tT/4时的波形，向右推移到第10个质点，即得t3T/4的波形图，答案如图3所示。图3需要注意的是：因波形推移波长的整数倍时，波形与原波形相同，所以实际处理时常采用“去整留零头”方法处理。推移的是“波形”不是形成波的“质点”，质点并不随波迁移。三. 已知两时刻的波形图象及时间间隔求周期、速度等例3. （2004年全国理综陕西）如图4所示，一简谐横波在图中x轴上传播，实线和虚线分别是t1和t2时刻的波形图，已知，由图判断下列哪一个波速是不可能的（ ）图4A. 1m/sB. 3m/sC. 5m/sD. 10m/s分析解答：本题考查学生对波动图象和波速公式（或）的理解和应用。t时刻和（n为正整数）时刻的波形相同，这是机械波在时间上的周期性，理解这点是解题的关键。由机械波的周期性和平移法可知：波形由图4中实线所表示的形状变为虚线所表示的形状：波向右传播的可能距离为可能的速度为波向左传播的可能距离为可能的速度则为把n取0、1、2、3代入两式可知，选项D是不可能的。点评：本题为多解问题，该类问题要注意波的双向传播性和波的空间周期性。解答本题还有另种解法，即找到左右传播时与周期T的关系，然后用求解。四. 已知波方向两质点间距及其某时刻相对位置，求波长、波速等。例4. 一列简谐波沿直线ab由a向b传播，ab2m，a、b两质点的振动情况如图5所示，下列说法正确的是（ ）甲 乙图5A. 波速可能是2/3 m/sB. 波长可能是8/3 mC. 波速可能大于2/3 m/sD. 波长可能大于8/3m分析解答：由振动图象图5甲可知：振动周期T4s；t0的时刻质点a在波谷，质点b在平衡位置且向y轴正向运动，此时a、b两质点在波形中可能的位置关系如图5乙所示。因为波由a向b传播，由机械波空间的周期性可知：此波可能的波长为可能的波速为其中，中n0，1，2，3将和分别代入可知该波最大波长为；最大速度为；故正确选项是A、B。点评：解答本题及类似问题要注意画图分析，找到a、b两质点间的距离和波长的关系是解题的关键；容易犯的一个错误是混淆振动图象和波动图象。五. 求波在指定质点间的传播时间例5. （2005年理综全国卷I第18题）一列沿x轴正向传播的简谐横波，周期为0.50s，某一时刻，离开平衡位置的位移都相等的质元依次为P1、P2、P3。已知P1和P2之间的距离为20cm，P2和P3之间的距离为80cm，则P1的振动传到P2所用时间（ ）A. 0.05sB. 0.13sC. 0.10sD. 0.20s图6分析解答：振动从P1传到P2的时间就是波从P1传到P2的时间。根据题意可知P1、P