波動圖像中波的傳播方向與質點振動方向間關系的幾種判斷方法

在近幾年的高考中，有關波動圖像和振動圖像的考題出現頻率極高。在波動圖像問題中，判斷質點振動方向和波的傳播方向是考查的一個熱點。學生在波動圖像中對質點的振動方向和波的傳播方向的關系經常判斷不準確。在此，筆者就判斷波的傳播方向和質點振動方向的幾種方法作一介紹。

1 微平移法

微平移法是將波形圖沿波傳播的方向平移微小的一段距離，得到經過微小的一段時間后的波形圖。根據質點在新的波形圖中所對應的位置，便可判斷出該質點的振動方向。

例1 如圖1所示是某橫波的圖像，由圖可知( )

A.若波向右傳播，則質點B正向右運動

B.若波向右傳播，則質點C正向左運動

C.若波向左傳播，則質點D正向下運動

D.若波向左傳播，則質點B正向上運動

解析 由波的實質可知，質點只能在自己的平衡位置附近作往復運動，并不隨波遷移，所以A、B選項均不正確。當波向左傳播時，根據微平移法，將實線波形向左微平移Δx，得到虛線波形(如圖2)。可見，圖像平移后質點B、D的新位置在原位置的下方，故正確選項為C。

2 上下坡法

所謂上下坡法，就是沿波的傳播方向看去，“上坡”處的質點向下振動，“下坡”處的質點向上振動，簡稱“上坡下、下坡上”。

例如:圖3中假設該波向右傳播，便可以用上下坡法判斷所有質點的振動方向。現從左向右看(沿波的傳播方向看)，AB段處于下坡階段，所以AB之間所有質點在該時刻向上振動;同理，BC段處于上坡階段，BC間的所有質點在該時刻應向下振動。

3 三角形法則

所謂三角形法則，就是在波形和坐標軸所圍的區域內畫一個三角形，其中三角形的一邊平行于坐標軸，該邊所對應的角正對波峰或波谷，然后在平行于坐標軸的一邊上沿波的傳播方向畫一箭頭，其它兩邊順次畫上箭頭(類似首尾順次連結的閉合矢量三角形)。三角形中平行于坐標軸的這條邊的箭頭表示波的傳播方向，其它兩邊的箭頭就表示對應該邊所有質點在該時刻的振動方向。

例2 如圖4所示為一列簡諧波在某時刻的波形圖，已知圖形上某質點的振動方向，試求這列波的傳播方向。

解析 如圖5所示，先在該質點所處位置與坐標軸圍成的區域內畫一個三角形。因為該質點向下振動，故在該邊上畫一個向下的箭頭，其它兩邊順次畫箭頭。由圖5可知，平行于坐標軸的箭頭向左，故該波向左傳播。

4 同側原理

同側原理，指的是在所判斷的質點處畫兩個垂直箭頭，且這兩個箭頭必須在該波形圖的同一側，其中一個指波的傳播方向，另一個指該質點在該時刻的振動方向。

例3 如圖6所示，已知圖中A點在該時刻的振動方向向上，試判斷該波的傳播方向。

解析 過A點作一個向上的箭頭表示該質點的振動方向，再過A點作一個向左的箭頭表示波的傳播方向(不能作向右的箭頭，否則這兩個垂直的箭頭就處于波形圖的異側了)。由圖7可知，該列波向左傳播。

以上所述是幾種簡單判斷質點振動方向與波傳播方向關系的方法。在平時的練習中，我們可以選擇不同的方式去處理這兩個方向間的關系。只要熟練掌握了其中一種方法，就可以很快從已知的一個方向去判斷另一個方向。

(欄目編輯羅琬華)