從文學藝術角度看振動與波

劉成君

(天津市靜海區第六中學 301600)

由于振動和波比較抽象，學生理解起來比較困難，教師講解也比較費力，有的同學理解了，記憶的時間也不長，筆者經過思考分析，發現振動與波與我國博大精深的文學藝術有一定的聯系，可能會加深學生對振動和波的理解.

一、魯迅先生講振動與波的關系

魯迅先生在《故鄉》中寫到：“希望本無所謂有,無所謂無的.這正如地上的路：其實地上本沒有路,走的人多了,也便成了路”.振動和波的關系也可理解為：其實地上本沒有波，振動的人多了，也便成了波.如果有多人排成一排，都做蹲起運動(當然起動有先后)，如果在某一時刻給這些人拍一張照片，這些人的頭部連接曲線就近似為該時刻的波形.這正說明了波是無數個振動質點在同一時刻的位移.

例1 如天津市2008年高考第21題，一列簡諧橫波沿直線由a向b傳播，相距10.5 m的a、b兩處的質點振動圖象如圖1中a、b所示，則( ).

圖1

A.該波的振幅可能是20 cm

B.該波的波長可能是8.4 m

C.該波的波速可能是10.5 m/s

D.該波由a傳到b可能歷時7 s

解析其中質點a、b就相當于振動的兩個人,0時刻人物a相當于正好蹲到最低點，人物b相當于正處在半蹲且向上站起的狀態(在平衡位置向上振)，畫出圖像如圖2所示：

圖2

圖3

例2 如天津市2013年高考第7題，一列簡諧橫波沿直線傳播，該直線上平衡位置相距9m的a、b兩質點的振動圖象如圖3所示.下列描述該波的圖象可能正確是( ).

圖4

圖5

解析其中質點a、b也相當于振動的兩個人,0時刻人物a相當于正好全部站起，人物b相當于正處在半蹲且向下蹲下的狀態(在平衡位置向下振)，畫出圖像如圖5所示.由于沒有說明向哪個方向傳播，因此a、b間波形有兩種：即①和②

二、韓愈先生講波傳播的是什么

韓愈先生在《師說》中寫到：“師者，所以傳道受業解惑也......聞道有先后，術業有專攻，如是而已. ”，師所傳的“道”就相當于教材中講的波傳播的是一種振動形式.振動形式就是“道”，傳的是“道”，且聞道有先后.

圖6

例3天津市2007年高考第21題，如圖6所示，實線是沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t=0時刻的波形圖，虛線是這列波在t=0.2 s時刻的波形圖.已知該波的波速是0.8 m/s，則下列說法正確的是( ).

A.這列波的波長是14 cm

B.這列波的周期是0.125 s

C.這列波可能是沿x軸正方向傳播的

D.t=0時，x=4 cm處的質點速度沿y軸負方向

由x=vt得出波傳播的距離為16 cm ，去掉整波長12 cm，相當于傳播了4 cm.追蹤實線上平衡位置在4 cm處的質點的振動形式，這個點的振動形式就是師要傳的“道”，若向x軸正方向傳播，則虛線上平衡位置在12 cm處的質點的“道”與前者相同(波的形狀相同)，這個“道”傳了8 cm，與前面計算不符；若向x軸負方向傳播，則虛線上平衡位置在0cm處的質點的“道”與前者相同，這個“道”傳了4 cm，與前面計算相符，因此波向x軸負方向傳播.

又如天津市2007年高考第21題，一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點時波形如圖7所示，再經0.6 s，N點開始振動，則該波的振幅A和頻率f為：

圖7

A.A=1mf=5 HZ B.A=0.5 mf=5 HZ

C.A=1 mf=2.5 HZ D.A=0.5 mf=2.5 HZ

本題如果加問，N點的起振方向向哪？就要找N點起振的老師，即N點前面正要起振的M點，判斷出M點起振方向向上，這個“道”傳到N點時，N點起振方向也向上.

同時可加問，N點何時第一次到波峰？則在前面波形中找到這個“道”(波峰)，即平衡位置在4m處的質點.用該點與N點的距離(11-7)m/波速v，即得這個“道”傳到N點的時間，N點也就相當于“聞道”晚的點.不能直接用波形把M和N連接起來看波傳到N點時的振動情況，因為波在傳播過程中正如動畫片《變形金剛》主題曲中唱到的那樣：“變形金剛，隨時變形狀.”它是變著形往前傳的，不能直接連接.

總之，在教學中加入一些文學色彩或一些別的東西，能加深對知識的理解，增加授課的趣味性，使學生在較枯燥的理科邏輯思維中增強人文素養.正如《中共中央關于進一步繁榮發展哲學社會科學的意見》中指出的那樣，哲學社會科學對社會發展的作用和自然科學一樣重要.