题目
两个同方向、同频率的简谐振动,其振动方程分别为x_(1)=Acos(omega t+phi_(1))和x_(2)=Acos(omega t+phi_(2))。当phi_(1)=phi_(2)时,合振动的振幅是______。A. AB. 2AC. A/2D. 0
两个同方向、同频率的简谐振动,其振动方程分别为$x_{1}=A\cos(\omega t+\phi_{1})$和$x_{2}=A\cos(\omega t+\phi_{2})$。当$\phi_{1}=\phi_{2}$时,合振动的振幅是______。
A. A
B. 2A
C. A/2
D. 0
题目解答
答案
B. 2A
解析
考查要点:本题主要考查同方向、同频率简谐振动的合成规律,特别是相位相同时的振幅叠加。
解题核心思路:
当两个简谐振动的频率相同、方向相同、初相位相等时,它们的合成振动仍然是简谐振动。此时,振幅直接相加,相位保持不变。
破题关键点:
- 同相位叠加:初相位相同意味着两振动始终同相,位移始终相加。
- 振幅叠加公式:合振幅为两振幅之和,即 $A_{\text{合}} = A_1 + A_2$(本题中 $A_1 = A_2 = A$)。
当 $\phi_1 = \phi_2 = \phi$ 时,两个振动方程分别为:
$x_1 = A \cos(\omega t + \phi), \quad x_2 = A \cos(\omega t + \phi).$
合振动的位移为:
$x = x_1 + x_2 = A \cos(\omega t + \phi) + A \cos(\omega t + \phi) = 2A \cos(\omega t + \phi).$
由此可知,合振动仍为简谐振动,其振幅为 $2A$,频率仍为 $\omega$,初相位仍为 $\phi$。
相量法验证:
将两个振动表示为相量形式:
$\vec{X}_1 = A \angle \phi, \quad \vec{X}_2 = A \angle \phi.$
相量相加得:
$\vec{X} = \vec{X}_1 + \vec{X}_2 = (A + A) \angle \phi = 2A \angle \phi.$
合振幅为 $2A$,与上述结论一致。