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學(xué)習(xí)機(jī)械波之后，我們都知道按照質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向之間的關(guān)系，可以把波分為橫波和縱波，那么我們常見的水波是橫波還是縱波呢？課后同學(xué)們的討論讓我也參考了這個(gè)思考，水波是什么波？ 同學(xué)甲說：水波是橫波，一塊石頭扔到還平靜的湖面上，形成一圈一圈的波紋，有高（波峰）有低（波谷），所以水波是橫波。 同學(xué)乙說：（手里拿著一本《高中物理教材全解》）橫波是物體的形狀發(fā)生了變化而產(chǎn)生彈力作用所致，故純粹的橫波只能在固體中傳播。水是液體，所以水波不應(yīng)該是橫波，而是縱波。 …… 不說不知道，其實(shí)在高中物理《機(jī)械波》的講解中，我們把水波作為一種典型的機(jī)械波給學(xué)生舉例，比如我們用來說明波傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，介質(zhì)并沒有隨波遷移的水波中的小船，在波的衍射與波的干涉中，我們還明確的提到兩列水波波峰與波峰相遇，波谷與波谷機(jī)遇等等提法，都讓我們有這樣的結(jié)論，水波是橫波。 但事實(shí)并非如此，通過查找資料，關(guān)于水波的認(rèn)識(shí)，目前有這樣幾種說法： 1、自然科學(xué)史研究所戴念祖院士在《中國古代的力學(xué)知識(shí)》一文中對(duì) 明代科學(xué)家宋應(yīng)星關(guān)于水波的認(rèn)識(shí)，有這樣的評(píng)價(jià)：“明代科學(xué)家宋應(yīng)星(1587－1660)在《論氣．氣聲篇》中說道：“物之沖氣也，如其激水然?！允端?，水面迎石之位，一拳而止，而其文浪以次而開，至縱橫尋丈而猶未歇。其蕩氣也亦猶是焉?！鼻脫粑矬w使空氣產(chǎn)生的波動(dòng)如同石擊水面波。這就是宋應(yīng)星的結(jié)論。當(dāng)然，聲波是縱波，水波是橫波。古代人由于受到時(shí)代的局限性，對(duì)這一點(diǎn)分不清，我們是不能苛求的?！蓖ㄟ^這個(gè)我們可以看出戴念祖院士的觀點(diǎn)認(rèn)為水波是橫波。 2、中央電教館資源中心教師進(jìn)修資源（高中版）的說水波既不是縱波也不是橫波，叫水紋波。水波有水面波與水體波（內(nèi)部）之分，水面波是橫波，水體波是縱波。 3、還有一部分觀點(diǎn)說水波實(shí)際上它是縱、橫振動(dòng)合成為橢圓運(yùn)動(dòng)的混合波。對(duì)于這些個(gè)觀點(diǎn)和看法，有些是相互矛盾的，不能讓我們對(duì)水波的情況有本質(zhì)的理解，下面我們從水波的形成來看一看。 在平衡情況下，水的表面是水平的，水面發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，要使水面恢復(fù)水平的回復(fù)力有兩個(gè)，一個(gè)是重力，另一個(gè)是表面張力。在水波的形成過程中，當(dāng)水面上某一質(zhì)點(diǎn)由于外力作用而下降，形成水窩時(shí)，水面下的水就擠到旁邊去了，隨后周圍水的質(zhì)點(diǎn)在重力作用下，開始向下降處流動(dòng)，填充水窩的凹部，繼而使其凸起，并在它的周圍形成新的凹部。這樣水的質(zhì)點(diǎn)下降時(shí)，除了向下運(yùn)動(dòng)外，還要向波源方向運(yùn)動(dòng)；在上升時(shí)，除了向上運(yùn)動(dòng)外，還要向遠(yuǎn)離波源的方向運(yùn)動(dòng)。因此水面上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)并不是上下運(yùn)動(dòng)，而是沿近似圓的軌道，上下前后地做周期性運(yùn)動(dòng)。因此，水波中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都是由縱向運(yùn)動(dòng)（波的傳播方向）和橫向運(yùn)動(dòng)（與波的傳播方向垂直的豎直方向）合成的。 如果水深遠(yuǎn)小于波長，這種波叫做淺水波，它的傳播速度與水深的平方根成正比而與波長無關(guān)。如果水深遠(yuǎn)大于波長，就得到深水波，它的傳播速度只與波長的平方根成正比。 深水波傳播時(shí)，水中的質(zhì)點(diǎn)不斷地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它的周期跟波的周期相同，它的運(yùn)動(dòng)方向，在圓周頂部跟波的傳播方向一致，在圓周底部跟波的傳播方向相反。圖中的曲線，是水面上的波形圖。OA是靜止時(shí)的水面，O、B、C……是水面靜止時(shí)等間隔的質(zhì)點(diǎn)，箭頭表示各個(gè)質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的方向，虛線表示的是各周期后的波形。這種波形曲線，谷長峰短，叫余擺曲線。 在水面，波的振幅等于各個(gè)質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑．在水面下方，振幅按指數(shù)律遞減 。在水深等于半波長處，振幅會(huì)減至水面上的1/23，在水深等于1個(gè)波長處，振幅是水面上的1/535。所以，盡管水面上波濤洶涌，在水下是相當(dāng)平靜的。 對(duì)于淺水波，水質(zhì)點(diǎn)的豎直運(yùn)動(dòng)隨水深的增加而線性地減小，在水底變?yōu)榱恪?br> 在水波中，對(duì)水面提供的回復(fù)力，在波長很短（小于 1.73cm）的時(shí)候，表面張力的作用是主要的，這種波叫表面張力波。但對(duì)于波長更長的波，表面張力的作用可以忽略，波動(dòng)主要是重力作用的結(jié)果，這種波叫重力波。 對(duì)于淺水波，底部摩擦問題也是不可忽略的。在波峰處，水向前行進(jìn)比較容易，在波谷處，水向后行進(jìn)會(huì)與底部發(fā)生摩擦，結(jié)果是水質(zhì)點(diǎn)在波峰處向前運(yùn)動(dòng)的距離比在波谷處向后運(yùn)動(dòng)的距離要遠(yuǎn)，因而產(chǎn)生水的凈移動(dòng)。這就是海濱的浪總是帶著水一塊走的原因。 綜上所述，我們可以認(rèn)為水波是一種特殊的機(jī)械波，就象我們說地震波即有縱波也有橫波一樣，水波也是即有縱波也有橫波的一種波！ [后記] 作為一名理科生，在學(xué)習(xí)的過程中，我們?cè)趯W(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，也要學(xué)習(xí)一種思維的方法，一種學(xué)習(xí)和探索的方法，每個(gè)人都可以成為一名發(fā)明家，一名科學(xué)家…… 但現(xiàn)實(shí)的生活中為什么我們卻對(duì)一個(gè)物理題而感覺到困難，一個(gè)化學(xué)方程式而絞盡腦汁？其實(shí)這很正常，在我們學(xué)習(xí)和探索的過程中，都面對(duì)了很多的未知和盲區(qū)，“科學(xué)無坦途”，但只要我們有一個(gè)探究的態(tài)度和精神，相信在不知不覺中，你已經(jīng)進(jìn)步了，“我生有涯，而學(xué)無涯”，成功與否，或者說現(xiàn)在我們的成績好與壞，可能就是差在那么一點(diǎn)兒的多和少上面，不要放棄！ 中國理論物理流體學(xué)家周培源總結(jié)一生的治學(xué)，說了這樣四句話，希望我們共勉，“獨(dú)立思考 實(shí)事求是 鍥而不舍 以勤補(bǔ)拙” 從初中到高中，我們學(xué)了不少的科學(xué)知識(shí)，也體驗(yàn)到了生活中的不少科學(xué)現(xiàn)象，生活中不是缺少科學(xué)，而是缺少發(fā)現(xiàn)和研究，讓我們理科生都養(yǎng)成一個(gè)愛問、愛思考的習(xí)慣，不久你就會(huì)感受到，理科原來是很有趣的，理科原來是很美的。 |
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