如图所示,(S)_(1)和(S)_(2)为两相干波源,它们的振动方向均垂直于图面,发出波长为lambda 的简谐波,P点是两列波相遇区域中的一点,已知overline({S)_(1)P}=2lambda ,overline({S)_(2)P}=2.2lambda ,两列波在P点发生相消干涉。若(S)_(1)的振动方程为(y)_(1)=Acos (2pi t+dfrac(1)(2)pi ),则(S)_(2)的振动方程为( )A.(y)_(2)=Acos (2pi t-dfrac(1)(2)pi )B.(y)_(2)=Acos (2pi t-pi )C.(y)_(2)=Acos (2pi t+dfrac(1)(2)pi )D.(y)_(2)=Acos (2pi t-0.1pi )
如图所示,${S}_{1}$和${S}_{2}$为两相干波源,它们的振动方向均垂直于图面,发出波长为$\lambda $的简谐波,P点是两列波相遇区域中的一点,已知$\overline{{S}_{1}P}=2\lambda $,$\overline{{S}_{2}P}=2.2\lambda $,两列波在P点发生相消干涉。若${S}_{1}$的振动方程为${y}_{1}=A\cos \left(2\pi t+\dfrac{1}{2}\pi \right)$,则${S}_{2}$的振动方程为( )

A.${y}_{2}=A\cos \left(2\pi t-\dfrac{1}{2}\pi \right)$
B.${y}_{2}=A\cos \left(2\pi t-\pi \right)$
C.${y}_{2}=A\cos \left(2\pi t+\dfrac{1}{2}\pi \right)$
D.${y}_{2}=A\cos \left(2\pi t-0.1\pi \right)$
题目解答
答案
【解析】:
因为
,
,所以波源
引起P点的相位为,设波源
引起P点的相位为
,要使两列波在P点发生相消干涉,则有
,当
时,解得
,所以
的振动方程为
的振动方程为
,故A、B、C错误,D正确。
故本题选:D
解析
考查要点:本题主要考查波的干涉条件,特别是相消干涉时的相位关系,以及如何结合波源的初始相位和路径差确定另一波源的振动方程。
解题核心思路:
- 相消干涉条件:两列波在相遇点的相位差为奇数倍的$\pi$,即$\Delta \phi = (2n+1)\pi$($n$为整数)。
- 路径差与相位差:路径差$\Delta r$对应的相位差为$\Delta \phi_{\text{路程}} = \frac{2\pi}{\lambda} \Delta r$。
- 初始相位调整:结合两波源的初始相位差和路径差引起的相位差,联立方程求解目标波源的初始相位。
破题关键点:
- 正确计算路径差引起的相位差:$\Delta r = 0.2\lambda$,对应$\Delta \phi_{\text{路程}} = 0.4\pi$。
- 建立相位差方程:总相位差需满足相消干涉条件,联立路径差和初始相位差求解。
步骤1:确定路径差与相位差
两波源到P点的路径差为:
$\Delta r = \overline{S_2P} - \overline{S_1P} = 2.2\lambda - 2\lambda = 0.2\lambda$
路径差引起的相位差为:
$\Delta \phi_{\text{路程}} = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot \Delta r = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot 0.2\lambda = 0.4\pi$
步骤2:建立相位差方程
设$S_2$的初始相位为$\varphi$,则两波在P点的相位差为:
$\Delta \phi = \Delta \phi_{\text{路程}} + (\varphi - \varphi_1)$
其中$\varphi_1 = \frac{1}{2}\pi$($S_1$的初始相位)。相消干涉要求:
$\Delta \phi = (2n+1)\pi$
代入已知条件:
$0.4\pi + \left(\varphi - \frac{1}{2}\pi\right) = (2n+1)\pi$
步骤3:求解初始相位$\varphi$
整理方程:
$\varphi = (2n+1)\pi + \frac{1}{2}\pi - 0.4\pi = (2n+1)\pi + 0.1\pi$
取$n=0$,得:
$\varphi = \pi + 0.1\pi = 1.1\pi$
取$n=-1$,得:
$\varphi = -\pi + 0.1\pi = -0.9\pi \quad (\text{等价于} \, -0.1\pi \, \text{因相位周期为} \, 2\pi)$
步骤4:确定正确选项
选项D的初始相位为$-0.1\pi$,符合计算结果,因此$S_2$的振动方程为:
$y_2 = A\cos\left(2\pi t - 0.1\pi\right)$