简谐波势能的一种简明推导

摘要

在大学普通物理的教学中,对波动能量的理解是一个重点和难点.对简谐波势能的完整讨论需要涉及材料力学方面的背景知识,少学时的普通物理课程中一般未涵盖这些内容;因此很多教材只是用示意图来定性说明简谐波的势能和动能密度相等,或者不加证明直接给出结论,这在一定程度上影响了教学效果.本文基于细绳中传播的简谐波给出了简谐波弹性势能的一种简明推导,只需使用受力分析等学生较熟悉的力学知识,且在介质的弹性限度内对于大幅振动也适用,便于学生理解和掌握.