当题目中没有给定波传播的时间t与周期T的关系或没有给定波的传播距离s与波长λ的关系时,机械波的这种时间周期性和空间周期性必然导致波的传播时间、速度和距离等物理量有多个值与之对应,即产生多解.这三个物理量的关系可分别表示为:
传播距离的周期性:s=nλ+Δs,
传播时间的周期性:t=kT+Δt.
由于振动具有周期性,物体会在不同的时刻多次到达同一位置,故容易出现多解问题,而对波动,波的图像的周期性是波动问题出现多解的最主要因素,主要包括三种情况:
(1)空间周期性:沿波的传播方向上,相隔n(n为自然数)个波长的质点振动的步调是完全相同的.
(2)时间周期性:机械波在一个周期内不同时刻图像的形状是不同的,但在相隔时间为周期的整数倍的不同时刻,波形形状是相同的.
(3)传播速度的多种可能性:v====,以上各式中n=0,1,2,3,......k=0,1,2,3...波在传播过程中可能沿x轴正向传播,也可能沿x轴负向传播,这就是波传播的双向性.
有一列沿水平方向传播的简谐横波,频率为10 Hz,沿竖直方向振动,当绳上的质点P到达其平衡位置且向下运动时,在其右方相距0.6 m处的质点Q刚好到达最高点,求波的传播方向和波速.
[解析] 由题意可以作出一个周期内P、Q两质点可能的波形示意图,波可以向左传播,也可以向右传播,如图所示,甲、乙分别表示波向右和向左传播时的基本波形.
由于波的空间周期性,P、Q间波形有两种情况:
(1)当波向右传播时,当P、Q两点相差个波长时,sPQ=λ(n=0,1,2,...)
λ==(n=0,1,2,...)
v=λ·f=(n=0,1,2,...).
(2)当波向左传播时,当P、Q两点相差个波长时,sPQ=λ(n=0,1,2,...)