如图所示,波源S1和S2发出的波在P点相遇,P点距波源S1和S2的距离分别为3λ和10λ/3,其中,λ为两列波在介质中的波长,若P点的合振幅总是极大值,则波源S1与S2的相位差φ1-φ2为:S1
如图所示,波源S1和S2发出的波在P点相遇,P点距波源S1和S2的距离分别为3λ和10λ/3,其中,λ为两列波在介质中的波长,若P点的合振幅总是极大值,则波源S1与S2的相位差φ1-φ2为:
? 5π/34π/3π/32π/3
题目解答
答案
4π/3
解析
考查要点:本题主要考查波的干涉条件,特别是两列波在相遇点产生振动加强的条件。关键在于理解相位差与路程差的关系,并结合波源的初始相位差进行综合分析。
解题核心思路:
- 路程差引起的相位差:两波传播路径不同导致相位差,公式为 $\Delta \phi_{\text{路程}} = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot |\Delta r|$。
- 总相位差:波源本身的初始相位差 $\phi_1 - \phi_2$ 与路程差引起的相位差叠加,总相位差需为 $2\pi$ 的整数倍,才能保证合振幅始终极大。
破题关键点:
- 计算两波源到 P 点的路程差 $\Delta r$。
- 通过路程差计算对应的相位差 $\Delta \phi_{\text{路程}}$。
- 结合总相位差条件 $\Delta \phi_{\text{总}} = (\phi_1 - \phi_2) + \Delta \phi_{\text{路程}} = 2\pi n$($n$ 为整数),求出 $\phi_1 - \phi_2$。
步骤 1:计算路程差
波源 S1 到 P 点的距离为 $r_1 = 3\lambda$,波源 S2 到 P 点的距离为 $r_2 = \frac{10\lambda}{3}$,路程差为:
$\Delta r = r_2 - r_1 = \frac{10\lambda}{3} - 3\lambda = \frac{\lambda}{3}.$
步骤 2:计算路程差引起的相位差
波长为 $\lambda$,路程差对应的相位差为:
$\Delta \phi_{\text{路程}} = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot \Delta r = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot \frac{\lambda}{3} = \frac{2\pi}{3}.$
步骤 3:总相位差条件
合振幅始终极大,说明总相位差为 $2\pi$ 的整数倍:
$(\phi_1 - \phi_2) + \Delta \phi_{\text{路程}} = 2\pi n \quad (n \text{ 为整数}).$
代入 $\Delta \phi_{\text{路程}} = \frac{2\pi}{3}$,得:
$\phi_1 - \phi_2 = 2\pi n - \frac{2\pi}{3}.$
步骤 4:确定具体值
取 $n = 1$,则:
$\phi_1 - \phi_2 = 2\pi \cdot 1 - \frac{2\pi}{3} = \frac{4\pi}{3}.$
若取 $n = 0$,则 $\phi_1 - \phi_2 = -\frac{2\pi}{3}$,等价于 $\frac{4\pi}{3}$(因相位差周期为 $2\pi$)。因此,正确答案为 $\frac{4\pi}{3}$。