波方程建立过程中对“波源”的正确理解

作者:潘章琦 来源:考试周刊 2019年50期
  摘 要:波动是自然界中最常见的物理现象之一。平面简谐波是最基本的波动形式,是认识、研究波动现象的基础。本文指出个别教材和文獻在建立波方程的过程中存在的一个误解。这一问题主要是以波源和波传播介质中的某个质点为坐标原点建立波方程过程中存在不科学的描述,本文给出了用上述两种方法建立波方程时的差异。
  关键词:机械波;波方程;平面波;波源
  
  波动是自然界中一种十分普遍的现象,如声波、电磁波等与我们的活动密切相关。特别是在2017年,3位美国科学家Rainer Weiss,Barry C.Barish和Kip S.Thorne因“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”而获得2017年诺贝尔物理学奖。引力波再次成为人们关注的热点。机械波是人教版《高中物理选修3-4》的主要内容之一,是深入了解、学习波动相关知识的基础。作为一名中学科技迷,我对机械波这部分内容产生了浓厚的兴趣,课余时间自己学习和参阅了大学物理中有关的知识。
  在我深入学习和研究中发现,国内有些高等教材和文献在波方程建立过程中对“波源”的理解不够,波方程描述不够严谨,甚至有的错误。波源的定义是能够维持振动的传播,不间断地输入能量,并能发出波的物体或物体所在的初始位置。波源是波的发源地。有些教材在建立波方程的过程中,把波源和波传播介质中的(某个)质点混淆了,让人产生误解。二者的本质区别在于:波源周围介质的振动均在相位上均落后于波源;而对于介质中一点,沿波的传播方向,在它前方的质点振动落后于它,在它后方的质点振动超前于它。有的教材和文献把波传播介质中的一点称为“波源”,按照惠更斯原理,这种说法本身可以,但是在建立波动方程时出现了错误。所建立的波方程只能表述其前方、沿波传播方向上质点的振动。下面我们具体分析下常见的错误认识。

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