挖掘绳波图信息特征 有效突破教学难点

赖才青 陈春玉

摘 要：高中物理教材中的简谐绳波图蕴含很多信息、特征，引导学生挖掘出其中蕴含的信息和特征，有助于突破教学难点，快速解决相关问题。

关键词：简谐绳波图；信息；特征；难点

通过教学发现，高中物理“机械波”一章中质点振动方向判定、某时刻质点位置（或位移）确定、一段时间后质点振动图象（或波形图）确定和一段时间后质点通过路程计算问题，成了困绕学生的难点问题。如果教师教学中能够呈现教材如图1所示的简谐绳波图，并借助动态横波图课件，动态展示横波传播情况，就可以有效地引导学生挖掘出该图蕴含的机械振动和简谐横波的各种信息、特征，灵活利用特征突破难点，能快速解决相关问题。

1 依据简谐绳波图动态变化特点，分析动态和静态简谐绳波图，挖掘出简谐横波图蕴含的各种信息和特征

1.1 质点平衡位置保持不变，质点不会沿波的传播方向发生迁移

图1横线代表各质点平衡位置，向右方向为简谐绳波波的传播方向，波动的质点在垂直传播方向的各自平衡位置附近做简谐振动，并未沿波的传播方向发生迁移。而那些波未传播到的质点，始终保持静止状态。

1.2 质点振动方向与波传播方向存在着“迎风坡往下倒，背风坡往上长”特征

绳波图像山坡，振动箭头像树木，当我们将波向右传播方向视为水平刮风方向时，图1波形图中振动方向箭头存在着“迎风坡往下倒，背风坡往上长”信息（特征）。例如，我们选择图1波形比较长的t=T时刻来研究，可以发现质点2、3、4、5、6和质点14、15、16，振动方向箭头竖直向上，很像处在背风坡上的树木被山挡住，风吹不着，均“往上长”；而质点8、9、10、11、12，振动方向竖直向下，很像处在迎风坡上树木由于无任何东西阻挡，被迎面吹来的大风刮倒，均“往下倒”。

振动图象与波动图象不一样，振动图象实质是位移-时间图象，它具有“增正减负”特征。也即振动图象增函数时间段反映质点振动方向朝y轴正方向，而减函数时间段反映质点振动方向朝y轴负方向。

1.3 波源起振方向与波头振动方向是一致的，存在振动共同性特征

图1中t=0时刻质点1若视为波源，它一开始是向上振动的。从图中可以直观看出，在波向前传播的任意一个时刻，波形图最前方从平衡位置处开始振动那一点（下文简称波头），也同样是向上振动的。

1.4 波源起振方向与波的形态存在着“上振上凸，下振下凹”特征

波源一开始往上振动，波头也往上振动，最前方半个波长波形向上凸。反之，若波源一开始往下振动，波头也往下振动，最前方半个波长波形向下凹。

1.5 波形整体存在着沿波的传播方向不断推移特征

若波持续传播，则整个波形会沿波的传播方向向前推移，经过整数倍周期，某一段区间波形又会恢复原有形状。因此，波传播多少周期，整个波形就沿传播方向推移多少波长距