题目
振幅均为 A 波长均为 lambda 的两相干波源 S S 相距 S _ 1 , S _ 2 lambda div 4 , S _ 1 较 S 2 的相位超前 S _ 2 pi div 2 求 s S _ 1 S _ 2 连线上, circled 1 S _ 1 外侧各介质质点的合振幅 ; circled 2 S _ 2 外侧各介质质点的合振幅
振幅均为 A 波长均为 \lambda 的两相干波源 S S 相距 S _ 1 , S _ 2 \lambda \div 4 , S _ 1 较 S 2 的相位超前 S _ 2 \pi \div 2 求 s S _ 1 S _ 2 连线上,
\textcircled 1 S _ 1 外侧各介质质点的合振幅 ;
\textcircled 2 S _ 2 外侧各介质质点的合振幅
题目解答
答案
这是一道关于相干波的叠加问题,可以用叠加原理求解。以下是解题思路:
根据题意,两相干波源的振幅均为 A,波长为
在连线上取一点 P,并假设 S_1S_2 = d。则
由于是相干波的叠加,根据叠加原理,点 P 处的合振幅应该是两个波的振幅之和,即




根据三角函数的和差化积公式,可以将 s 化简为
根据上式可以得到在连线上任意一点 P 处的合振幅 s。要计算问题中求的两个外侧介质点的合振幅,只需要分别取 P 点在 S_1P 和 S_2P 的延长线上即可。
因为题目没有给出具体数值,所以最终答案应该是用符号表示的通解形式。
至此,这道题就解完了。
解析
步骤 1:确定相干波源的条件
两相干波源 S1 和 S2 的振幅均为 A,波长均为 λ,相距 S1S2 = λ/4,S1 相对于 S2 的相位超前 π/2。
步骤 2:计算 S1 外侧各介质质点的合振幅
在 S1 外侧,设 P 点为任意一点,S1P = x,S2P = x + λ/4。根据相干波的叠加原理,P 点的合振幅为:
$A_{1} = A[\cos(kx - \omega t) + \cos(k(x + \lambda/4) - \omega t + \pi/2)]$
利用三角函数的和差化积公式,可以将上式化简为:
$A_{1} = A[\cos(kx - \omega t) - \sin(kx - \omega t + \pi/4)]$
步骤 3:计算 S2 外侧各介质质点的合振幅
在 S2 外侧,设 P 点为任意一点,S1P = x + λ/4,S2P = x。根据相干波的叠加原理,P 点的合振幅为:
$A_{2} = A[\cos(k(x + \lambda/4) - \omega t + \pi/2) + \cos(kx - \omega t)]$
利用三角函数的和差化积公式,可以将上式化简为:
$A_{2} = A[-\sin(kx - \omega t + \pi/4) + \cos(kx - \omega t)]$
两相干波源 S1 和 S2 的振幅均为 A,波长均为 λ,相距 S1S2 = λ/4,S1 相对于 S2 的相位超前 π/2。
步骤 2:计算 S1 外侧各介质质点的合振幅
在 S1 外侧,设 P 点为任意一点,S1P = x,S2P = x + λ/4。根据相干波的叠加原理,P 点的合振幅为:
$A_{1} = A[\cos(kx - \omega t) + \cos(k(x + \lambda/4) - \omega t + \pi/2)]$
利用三角函数的和差化积公式,可以将上式化简为:
$A_{1} = A[\cos(kx - \omega t) - \sin(kx - \omega t + \pi/4)]$
步骤 3:计算 S2 外侧各介质质点的合振幅
在 S2 外侧,设 P 点为任意一点,S1P = x + λ/4,S2P = x。根据相干波的叠加原理,P 点的合振幅为:
$A_{2} = A[\cos(k(x + \lambda/4) - \omega t + \pi/2) + \cos(kx - \omega t)]$
利用三角函数的和差化积公式,可以将上式化简为:
$A_{2} = A[-\sin(kx - \omega t + \pi/4) + \cos(kx - \omega t)]$