一平面简谐波沿x轴负方向传播。已知x=-1m处质点的振动方程为y=Acos(omega t+varphi),若波速为u,则此波的表达式为A. y=Acos[omega(t+(x+1)/u)+varphi]B. y=Acos[omega(t+x/u)+varphi]C. y=Acos[omega(t-(x+1)/u)+varphi]D. y=Acos[omega(t+(x-1)/u)+varphi]
A. $y=A\cos[\omega(t+(x+1)/u)+\varphi]$
B. $y=A\cos[\omega(t+x/u)+\varphi]$
C. $y=A\cos[\omega(t-(x+1)/u)+\varphi]$
D. $y=A\cos[\omega(t+(x-1)/u)+\varphi]$
题目解答
答案
解析
本题考查平面简谐波表达式的推导,解题思路是先明确已知点的振动方程,再根据波的传播方向和波速,推导出任意位置$x$处质点的振动方程,即波的表达式。
已知$x = - 1m$处质点的振动方程为$y = A\cos(\omega t+\varphi)$。
设任意位置$x$处的质点,波沿$x$轴负方向传播,那么$x$处质点的振动要比$x=-1m$处质点的振动超前一段时间$\Delta t$。
根据波速的定义$u=\frac{\Delta x}{\Delta t}$,这里$\Delta x=x - (-1)=x + 1$,则$\Delta t=\frac{x + 1}{u}$。
也就是说$x$处质点在$t$时刻的振动状态与$x=-1m$处质点在$(t-\Delta t)=t-\frac{x + 1}{u}$时刻的振动状态相同。
将$t-\frac{x + 1}{u}$代入$x = - 1m$处质点的振动方程$y = A\cos(\omega t+\varphi)$中,可得$x$处质点的振动方程,即波的表达式为:
$y=A\cos\left[\omega\left(t-\left(-\frac{x + 1}{u}\right)\right)+\varphi\right]=A\cos\left[\omega\left(t+\frac{x + 1}{u}\right)+\varphi\right]$