题目
如图12-12所示,设从O点发出一沿x轴正向传播的平面简谐波,其频率为,振幅为A,波速为u,当O点运动到正方向最大位移处开始计时。(1)写出波动方程;(2)距O点L处有一反射壁,在反射处有半波损失,写出反射波方程;(3)设L和波长之比为100,求处的振动规律。
如图12-12所示,设从O点发出一沿x轴正向传播的平面简谐波,其频率为
,振幅为A,波速为u,当O点运动到正方向最大位移处开始计时。(1)写出波动方程;(2)距O点L处有一反射壁,在反射处有半波损失,写出反射波方程;(3)设L和波长
之比为100,求
处的振动规律。



题目解答
答案
1)由旋转矢量法知
,


波动方程

(2)

(3)





解析
步骤 1:确定波动方程
根据题目描述,从O点发出的平面简谐波沿x轴正向传播,频率为v,振幅为A,波速为u。当O点运动到正方向最大位移处开始计时,即初始相位为0。因此,波动方程可以表示为:
${y}_{1}(x,t)=A\cos 2\pi v(t-\dfrac {x}{u})$
步骤 2:确定反射波方程
反射波在反射处有半波损失,即反射波的相位相对于入射波的相位滞后π。因此,反射波方程可以表示为:
${y}_{2}(x,t)=A\cos [ 2\pi v(t-\dfrac {2L-x}{u})+\pi ]$
步骤 3:求$x=\dfrac {L}{2}$处的振动规律
将$x=\dfrac {L}{2}$代入波动方程和反射波方程,得到:
$y={y}_{1}+{y}_{2}=A\cos 2\pi (\omega t-\dfrac {x}{\lambda })+A\cos [ 2\pi (\omega t-\dfrac {2L-x}{\lambda })+\pi ]$
$=A\cos 2\pi (vt-\dfrac {x}{\lambda })+A\cos [ 2\pi (vt+\dfrac {x}{\lambda }-200)+\pi ]$
$=A\cos 2\pi (vt-\dfrac {x}{\lambda })-A\cos 2\pi (vt+\dfrac {x}{\lambda })$
$x=\dfrac {L}{2}$,$y=A\cos 2\pi (vt-\dfrac {L}{2\lambda })-A\cos 2\pi (vt+\dfrac {L}{2\lambda })$
$=A\cos 2\pi (vt-50)-A\cos 2\pi (vt+50)=0$
根据题目描述,从O点发出的平面简谐波沿x轴正向传播,频率为v,振幅为A,波速为u。当O点运动到正方向最大位移处开始计时,即初始相位为0。因此,波动方程可以表示为:
${y}_{1}(x,t)=A\cos 2\pi v(t-\dfrac {x}{u})$
步骤 2:确定反射波方程
反射波在反射处有半波损失,即反射波的相位相对于入射波的相位滞后π。因此,反射波方程可以表示为:
${y}_{2}(x,t)=A\cos [ 2\pi v(t-\dfrac {2L-x}{u})+\pi ]$
步骤 3:求$x=\dfrac {L}{2}$处的振动规律
将$x=\dfrac {L}{2}$代入波动方程和反射波方程,得到:
$y={y}_{1}+{y}_{2}=A\cos 2\pi (\omega t-\dfrac {x}{\lambda })+A\cos [ 2\pi (\omega t-\dfrac {2L-x}{\lambda })+\pi ]$
$=A\cos 2\pi (vt-\dfrac {x}{\lambda })+A\cos [ 2\pi (vt+\dfrac {x}{\lambda }-200)+\pi ]$
$=A\cos 2\pi (vt-\dfrac {x}{\lambda })-A\cos 2\pi (vt+\dfrac {x}{\lambda })$
$x=\dfrac {L}{2}$,$y=A\cos 2\pi (vt-\dfrac {L}{2\lambda })-A\cos 2\pi (vt+\dfrac {L}{2\lambda })$
$=A\cos 2\pi (vt-50)-A\cos 2\pi (vt+50)=0$