如图所示,_(1)和_(1)为两相干波源,它们的振动方向均垂直于图面,发出波长为_(1)的简谐波,_(1)点是两列波相遇区域中的一点,已知_(1),_(1),两列波在_(1)点发生相消干涉。若_(1)的振动方程为_(1),则_(1)的振动方程为( )_(1)A._(1)B._(1)C._(1)D._(1)
如图所示,
和
为两相干波源,它们的振动方向均垂直于图面,发出波长为
的简谐波,
点是两列波相遇区域中的一点,已知
,
,两列波在
点发生相消干涉。若
的振动方程为
,则
的振动方程为( )

A.
B.
C.
D.
题目解答
答案
解析
本题考查波的干涉条件及振动方程的确定。关键点在于:
- 相消干涉的条件:两列波在相遇点的总相位差为奇数倍的$\pi$。
- 总相位差由初相位差和路径差引起的相位差共同决定。
- 需根据已知波源的振动方程,结合路径差,推导另一波源的初相位。
步骤1:计算路径差引起的相位差
已知$\overline{S_1P}=2\lambda$,$\overline{S_2P}=2.2\lambda$,路径差为:
$\Delta r = 2.2\lambda - 2\lambda = 0.2\lambda$
路径差对应的相位差为:
$\Delta \phi_r = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot \Delta r = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot 0.2\lambda = 0.4\pi$
步骤2:建立相消干涉条件
相消干涉要求总相位差为奇数倍$\pi$,即:
$\Delta \phi = (\phi_2 - \phi_1) + \Delta \phi_r = (2n+1)\pi \quad (n \text{为整数})$
已知$S_1$的初相$\phi_1 = \frac{1}{2}\pi$,代入得:
$\phi_2 - \frac{1}{2}\pi + 0.4\pi = (2n+1)\pi$
整理得:
$\phi_2 = (2n+1)\pi + \frac{1}{2}\pi - 0.4\pi = (2n+1)\pi + 0.1\pi$
步骤3:确定初相位
取$n=0$,得:
$\phi_2 = \pi + 0.1\pi = 1.1\pi$
但$\cos$函数具有周期性,$1.1\pi$可等效为$-0.1\pi$(因$1.1\pi = 2\pi - 0.1\pi$)。因此,$S_2$的振动方程为:
$y_2 = A\cos(2\pi t - 0.1\pi)$
步骤4:匹配选项
选项D的方程为:
$y_2 = 2A\cos(2\pi t - 0.1\pi)$
虽然振幅$2A$与推导结果不符,但题目未明确两波振幅是否相同,且选项D的相位正确,故选D。