浅析高中物理中波相遇的问题

杨描宇

浅析高中物理中波相遇的问题

杨描宇

（明德中学 湖南长沙 410000）

在高中物理教程中涉及的一个内容就是机械波的问题，是高中生必学的一个内容。本文主要探讨关于机械波的相遇现象，所谓机械波的相遇其实指的就是波的干涉。在物理机械波干涉的学习过程中，需要了解波的叠加原理以及叠加现象是怎样形成的。理解稳定干涉图样的形成所需要的条件；理解干涉图样中加强点、减弱点的振动情况。在波的干涉中又涉及哪些方面的内容，波和波的干涉又会相互有什么影响，以下主要针对这些方面进行分析。

高中物理；机械波；相遇；叠加；干涉

很多情况下，每一列波在介质中的传播都不是单独进行的，同时存在其他很多波进行一起传播，比如说将两块石子一同扔进同一面湖水中，这两块石子都会产生自己的波，当这两种波相遇时，它们又会产生怎样的影响，波的运动状态会不会改变，值得我们进一步探讨。

1 波的相遇叠加

在平时生活中，经常可以看到波相遇的现象。例如在两个人共同牵着一根绳子，同时在绳子两端甩动一下，就可以产生两条波在绳子上面传播，当两条波相遇之后彼此穿过，继续传播，此时两条波的传播形状和情形跟相遇之前表现出来的状况是一致的。由此可以知道波进行相遇之后并不改变它们相遇之前传播的状态，各自保持原有的状态继续传播下去，相互之间都不受到影响，就好像从没相遇一样。而在波与波的相遇过程中，终究会有一些影响，主要体现在波的位移方面的增强或是减弱。

1.1 位移特点

任意一列波在介质中传播时，介质中的每个质点都要同时参与两个分运动：①波传播方向的位移；②质点在波振动方向的位移。而两个波相遇时，对质点振动方向的位移有影响，其相遇后的振动方向的位移是两列波的矢量和。假如两种波的振动方向相同，那么相遇后振动方向的位移是这两个波的位移大小之和；方向相反的话，那么相遇后振动方向的位移是这两个波的位移大小之差。

1.2 波的独立特点

只要是在同一介质中传播，不管有多少列波在进行运动，在这期间又不管与多少列波产生相遇，其任意一列波都保持自己原有的传播状态继续按着原来的方向进行延伸，不受任何波的影响，就像从未相遇那般，该怎么传播还是怎么传播。而在各列波相遇重叠的区域里，每列波的质点都同时参与这几列波所产生的振动，仍旧在质点各自的平衡位置附近做简谐运动，质点的位移是相遇叠加的所有波中质点位移的矢量和。

1.3 叠加原理

从中可以了解到波和波的相遇对他们的传播状态没有影响，而对他们在介质中传播时质点的振动位移有联系，在波和波重叠的区域内，介质中的质点参与每列波的振动，其振动位移是所有波单独传播时质点位移的矢量和。

2 波的干涉

把两根金属丝固定在同一个振动片上，当振动片振动时，两根金属丝周期性地触动水面，形成两个波源，类似这种情况产生的振动叫做波的干涉，跟前面所说的两石子引起水面振动也是波的干涉现象。

2.1 波的干涉特点

当两列频率相同的波在同一介质中传播时，介质中的每个质点都做简谐运动。所不同的是，由于各质点离两个波源距离各不相同，所以各质点的振幅不同。其中可能出现的最大振幅是这两列最大振动位移大小之和，而最小振幅是这两列最大振动位移大小之差，所有的振幅大小都介于这最大振幅和最小振幅之间。在整个振动相遇过程中，它们可能是相互加强也可能是相互减弱，在振动加强区域里，两列波分别引起的质点的位移总是同方向，所以合位移大小是两位移大小之和，因此质点的振动总是加强。在振动减弱区域里，两列波分别引起质点的位移总是方向相反，所以合位移是两位移大小之差，因此质点的振动减弱了。加强区和减弱区都是进行规律的相遇或离开，而且重叠区域具有稳定性，不受到时间的影响。

2.2 产生干涉的条件

两列波相遇不受任何因素的影响，都会产生干涉现象，假如要让相遇的波能够产生稳定的干涉，那么相遇的两列波必须是同样的频率。当两列波的频率不同时，相遇叠加的区域其振幅会随时间发生变化，其产生的干涉现象就不是稳定的。频率相同的两列波在同一介质中进行传播，每一个质点都在做简谐运动，由于波源的距离不同，所以相遇后其叠加后的振幅不同，可能是加强也可能是减弱，但形成的干涉图样终究是稳定的。因此，产生稳定干涉的条件是这两列波的频率必须相同，不管是水波、声波，还是其他波都能够产生干涉现象。

3 结语

在自然界中，发生这各自干涉现象，例如水波、声波等，因此需要重视高中物理中关于波方面的学习。波是需要通过介质进行传播，只有相同频率的波相遇的时候才，在叠加的区域才会产生稳定的干涉图样，由于波源的距离不同，其有可能是相互增强，也可能是相互减弱。波在质点的传播过程中，所有质点的振动都是进行重复动作，并且后方质点永远都是在重复前方质点的运动，总是要比前面的质点滞后。在学习波相遇的过程中，会发现很多生活中曾经没有注意到的现象其实就是在发生波的干涉。

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