淺析高中物理中波相遇的問題

楊描宇

淺析高中物理中波相遇的問題

楊描宇

（明德中學 湖南長沙 410000）

在高中物理教程中涉及的一個內容就是機械波的問題，是高中生必學的一個內容。本文主要探討關于機械波的相遇現象，所謂機械波的相遇其實指的就是波的干涉。在物理機械波干涉的學習過程中，需要了解波的疊加原理以及疊加現象是怎樣形成的。理解穩定干涉圖樣的形成所需要的條件；理解干涉圖樣中加強點、減弱點的振動情況。在波的干涉中又涉及哪些方面的內容，波和波的干涉又會相互有什么影響，以下主要針對這些方面進行分析。

高中物理；機械波；相遇；疊加；干涉

很多情況下，每一列波在介質中的傳播都不是單獨進行的，同時存在其他很多波進行一起傳播，比如說將兩塊石子一同扔進同一面湖水中，這兩塊石子都會產生自己的波，當這兩種波相遇時，它們又會產生怎樣的影響，波的運動狀態會不會改變，值得我們進一步探討。

1 波的相遇疊加

在平時生活中，經?？梢钥吹讲ㄏ嘤龅默F象。例如在兩個人共同牽著一根繩子，同時在繩子兩端甩動一下，就可以產生兩條波在繩子上面傳播，當兩條波相遇之后彼此穿過，繼續傳播，此時兩條波的傳播形狀和情形跟相遇之前表現出來的狀況是一致的。由此可以知道波進行相遇之后并不改變它們相遇之前傳播的狀態，各自保持原有的狀態繼續傳播下去，相互之間都不受到影響，就好像從沒相遇一樣。而在波與波的相遇過程中，終究會有一些影響，主要體現在波的位移方面的增強或是減弱。

1.1 位移特點

任意一列波在介質中傳播時，介質中的每個質點都要同時參與兩個分運動：①波傳播方向的位移；②質點在波振動方向的位移。而兩個波相遇時，對質點振動方向的位移有影響，其相遇后的振動方向的位移是兩列波的矢量和。假如兩種波的振動方向相同，那么相遇后振動方向的位移是這兩個波的位移大小之和；方向相反的話，那么相遇后振動方向的位移是這兩個波的位移大小之差。

1.2 波的獨立特點

只要是在同一介質中傳播，不管有多少列波在進行運動，在這期間又不管與多少列波產生相遇，其任意一列波都保持自己原有的傳播狀態繼續按著原來的方向進行延伸，不受任何波的影響，就像從未相遇那般，該怎么傳播還是怎么傳播。而在各列波相遇重疊的區域里，每列波的質點都同時參與這幾列波所產生的振動，仍舊在質點各自的平衡位置附近做簡諧運動，質點的位移是相遇疊加的所有波中質點位移的矢量和。

1.3 疊加原理

從中可以了解到波和波的相遇對他們的傳播狀態沒有影響，而對他們在介質中傳播時質點的振動位移有聯系，在波和波重疊的區域內，介質中的質點參與每列波的振動，其振動位移是所有波單獨傳播時質點位移的矢量和。

2 波的干涉

把兩根金屬絲固定在同一個振動片上，當振動片振動時，兩根金屬絲周期性地觸動水面，形成兩個波源，類似這種情況產生的振動叫做波的干涉，跟前面所說的兩石子引起水面振動也是波的干涉現象。

2.1 波的干涉特點

當兩列頻率相同的波在同一介質中傳播時，介質中的每個質點都做簡諧運動。所不同的是，由于各質點離兩個波源距離各不相同，所以各質點的振幅不同。其中可能出現的最大振幅是這兩列最大振動位移大小之和，而最小振幅是這兩列最大振動位移大小之差，所有的振幅大小都介于這最大振幅和最小振幅之間。在整個振動相遇過程中，它們可能是相互加強也可能是相互減弱，在振動加強區域里，兩列波分別引起的質點的位移總是同方向，所以合位移大小是兩位移大小之和，因此質點的振動總是加強。在振動減弱區域里，兩列波分別引起質點的位移總是方向相反，所以合位移是兩位移大小之差，因此質點的振動減弱了。加強區和減弱區都是進行規律的相遇或離開，而且重疊區域具有穩定性，不受到時間的影響。

2.2 產生干涉的條件

兩列波相遇不受任何因素的影響，都會產生干涉現象，假如要讓相遇的波能夠產生穩定的干涉，那么相遇的兩列波必須是同樣的頻率。當兩列波的頻率不同時，相遇疊加的區域其振幅會隨時間發生變化，其產生的干涉現象就不是穩定的。頻率相同的兩列波在同一介質中進行傳播，每一個質點都在做簡諧運動，由于波源的距離不同，所以相遇后其疊加后的振幅不同，可能是加強也可能是減弱，但形成的干涉圖樣終究是穩定的。因此，產生穩定干涉的條件是這兩列波的頻率必須相同，不管是水波、聲波，還是其他波都能夠產生干涉現象。

3 結語

在自然界中，發生這各自干涉現象，例如水波、聲波等，因此需要重視高中物理中關于波方面的學習。波是需要通過介質進行傳播，只有相同頻率的波相遇的時候才，在疊加的區域才會產生穩定的干涉圖樣，由于波源的距離不同，其有可能是相互增強，也可能是相互減弱。波在質點的傳播過程中，所有質點的振動都是進行重復動作，并且后方質點永遠都是在重復前方質點的運動，總是要比前面的質點滯后。在學習波相遇的過程中，會發現很多生活中曾經沒有注意到的現象其實就是在發生波的干涉。

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