挖掘繩波圖信息特征 有效突破教學難點

賴才青 陳春玉

摘 要：高中物理教材中的簡諧繩波圖蘊含很多信息、特征，引導學生挖掘出其中蘊含的信息和特征，有助于突破教學難點，快速解決相關問題。

關鍵詞：簡諧繩波圖；信息；特征；難點

通過教學發(fā)現(xiàn)，高中物理“機械波”一章中質點振動方向判定、某時刻質點位置（或位移）確定、一段時間后質點振動圖象（或波形圖）確定和一段時間后質點通過路程計算問題，成了困繞學生的難點問題。如果教師教學中能夠呈現(xiàn)教材如圖1所示的簡諧繩波圖，并借助動態(tài)橫波圖課件，動態(tài)展示橫波傳播情況，就可以有效地引導學生挖掘出該圖蘊含的機械振動和簡諧橫波的各種信息、特征，靈活利用特征突破難點，能快速解決相關問題。

1 依據(jù)簡諧繩波圖動態(tài)變化特點，分析動態(tài)和靜態(tài)簡諧繩波圖，挖掘出簡諧橫波圖蘊含的各種信息和特征

1.1 質點平衡位置保持不變，質點不會沿波的傳播方向發(fā)生遷移

圖1橫線代表各質點平衡位置，向右方向為簡諧繩波波的傳播方向，波動的質點在垂直傳播方向的各自平衡位置附近做簡諧振動，并未沿波的傳播方向發(fā)生遷移。而那些波未傳播到的質點，始終保持靜止狀態(tài)。

1.2 質點振動方向與波傳播方向存在著“迎風坡往下倒，背風坡往上長”特征

繩波圖像山坡，振動箭頭像樹木，當我們將波向右傳播方向視為水平刮風方向時，圖1波形圖中振動方向箭頭存在著“迎風坡往下倒，背風坡往上長”信息（特征）。例如，我們選擇圖1波形比較長的t=T時刻來研究，可以發(fā)現(xiàn)質點2、3、4、5、6和質點14、15、16，振動方向箭頭豎直向上，很像處在背風坡上的樹木被山擋住，風吹不著，均“往上長”；而質點8、9、10、11、12，振動方向豎直向下，很像處在迎風坡上樹木由于無任何東西阻擋，被迎面吹來的大風刮倒，均“往下倒”。

振動圖象與波動圖象不一樣，振動圖象實質是位移-時間圖象，它具有“增正減負”特征。也即振動圖象增函數(shù)時間段反映質點振動方向朝y軸正方向，而減函數(shù)時間段反映質點振動方向朝y軸負方向。

1.3 波源起振方向與波頭振動方向是一致的，存在振動共同性特征

圖1中t=0時刻質點1若視為波源，它一開始是向上振動的。從圖中可以直觀看出，在波向前傳播的任意一個時刻，波形圖最前方從平衡位置處開始振動那一點（下文簡稱波頭），也同樣是向上振動的。

1.4 波源起振方向與波的形態(tài)存在著“上振上凸，下振下凹”特征

波源一開始往上振動，波頭也往上振動，最前方半個波長波形向上凸。反之，若波源一開始往下振動，波頭也往下振動，最前方半個波長波形向下凹。

1.5 波形整體存在著沿波的傳播方向不斷推移特征

若波持續(xù)傳播，則整個波形會沿波的傳播方向向前推移，經(jīng)過整數(shù)倍周期，某一段區(qū)間波形又會恢復原有形狀。因此，波傳播多少周期，整個波形就沿傳播方向推移多少波長距