淺析高中物理機械振動和機械波相關概念學習

王博玄

摘要：關于物理機械振動及機械波的學習是高中物理知識學習的重點及難點。在機械振動及機械波的學習中，其涵蓋的知識點相對來說具有復合性。其蘊含的物理概念不僅包含了力學及運動學的綜合性，還包含眾多的子概念。這些概念不僅在聲學、力學、電磁波中具有廣泛應用，同時在物理量子及原子理論中也具有廣泛的應用。本文通過對高中物理機械振動和機械波相關概念進行學習，期望獲得對兩者的系統理解，以此獲得有效的學習方法。

關鍵詞：高中物理;機械振動;機械波;概念

要對物理知識點有個較深入地理解，就需要在準確理解其相關概念的基礎上，對相關理論進行進一步的認識及研究。物理中相關概念的學習是物理認知中一項重要的環節，高中物理中對于機械振動及機械波的學習，包括對其相關概念的辨析、比較研究分析。在辨析中，通過兩者的內涵及外延，挖掘學習中的重點及難點，積極尋找兩者之間以及兩者與其它知識點間的聯系。通過學習，對于物理概念形成一定的認知，然后通過不斷的鞏固及深化，形成對于抽象性概念的認識。

一、機械振動和機械波學習的重要意義

（一）機械震動和機械波學習是振動和波的重要基礎

高中物理學的內容是豐富多彩的。具體包含對于物理現象的學習、物理概念、理論及規律的學習。而在實踐中形成的機械振動、機械波物理概念則是其本身規律及理論的基礎。從機械波及機械振動本身的概念來看，其復合性的概念中融合了周期、波長、能量等眾多的概念;從理論的構成來看，機械震動和機械波包含了運動學、動力學的內容;而從物理現象來看，機械震動和機械波學習是振動和波的重要基礎。作為物理知識中的復合體，機械震動和機械波學習是物理學習中的重點及難點，而要深入學習其中的內容，首先就要在學習前掌握好其中的概念。

（二）有利于培養高中生的學習能力

教師在機械振動及機械波的教學中，通過讓學生掌握機械振動、機械波等相關概念，這本身就是一個綜合認知的過程。在課上的實驗教學中，教師將抽象的概念形象的傳達給每一個學生，學生通過正確把握這種抽象概念，理清相互間的關系，從概念學習到認識規律、解決應用問題，這本身就像體現學生學習能力的重要方式。

二、高中物理機械振動和機械波相關概念

（一）波的形成及傳播過程

組成物質的基本結構通常為分子，而在分子間的相互作用下，分子間的力分為引力和斥力。當物質從外界獲取能量時，物質中的分子亦從外界獲得能量，在分子間的相互作用下，獲得能量震動的分子會帶動周圍的分子產生振動，這種由近及遠發生的傳播就是振動。在整個震動過程中，當波源的能量向周圍進行傳播的時候，進行傳播同時也是波源的能量在物質中進行傳播輻射。

振動和波具有明顯的周期性特征。即在相聚整個波長總的兩點它們的震動情況是一模一樣的，但是相距半波長奇數倍的兩點，它們的震動情況又是完全相反的。鑒于波源產生后，波源在分子的相互作用下產生能量的傳遞，所以從時間上來看，不論哪個質點的震動它的時間總是會在波源震動之后。另外，在物體中質點的震動的方位與波源的震動方位也是一模一樣的。在物體的振動下，不同的質點總是會沿著同一個方向做振動，他們的振動情況完全相同，而在這兩個質點間距離就叫做震動的波長。波在物質中的傳播速度有其一般的公式進行解釋，一般用V=λf=λ/T來計算，在這個公式中f就表示質點它的震動頻率，是由波源的震動頻率來決定的。V是震動的傳播速度，這個是由傳播介質物力性質決定的。說明，波在一定的周期內，沿著它的傳播方向所傳播的距離。

（二）質點的的振動方向與波的傳播方向的判斷

在機械振動以及它的振動波的解釋上，一般就要判斷出物質的質點的振動方向以及傳播的方向。在判斷方向上，可以采取下面幾個方法。

1、微平移法

微平移法就是將波形曲線沿著波的傳播方向做微小的平移移動，通過移動前后，觀察波形曲線上點的位置變化可以發現，原曲線上的點位移發生了一定的變化。在極端的時間坐標軸下其發生了運動，這種微平移法可以更直觀地由振動方向判斷波的傳播方向。

2、前帶后法

在波的形成原理中，后振動的質點總是回重復做先前振動質點的運動。波的傳播也總是由前面震動的點向后面的點進行傳播。正如圖中所示，振動逐步傳播開來形成波，前一質點帶動后一相鄰質點，而后一質點則總是試圖跟上前一相鄰質點并重復前一質點的運動。由以上圖像可知，波形為由左向右傳播的形式，A點的前一個點應該在其下方的F點，而F點只能帶動A點往下運動，同理，B、C的前一質點在B、C的上面，所以B、C向上運動，E、D兩點的前一點在E、D下面，所以E、D點向下運動。

3、三角形法

所謂三角形法就是在波形圖像上與數軸的X軸之間形成的圖形里面畫一個三角形，如圖所示邊bc與與x軸在一條直線上的，說明就是沿著X軸的正方向進行傳播的。在邊bc上畫上一個箭頭之后（沿著X軸的正方向）然后分別在邊ab和ac上畫上相同的箭頭，就可以看出，波OA上面的所有質點運動方向就是和邊ab上的箭頭方向大概一致。

參考文獻：

[1]張立輝.機械振動與機械波的微機教學探討[J].武漢教育學院學報，2017 （06）：23-26.

[2]郭蘭吉.“機械振動”和“機械波”幾個要點[J].新西部，2017 （12）：197.