题目
在驻波中,一个波节的两侧各质元的振动()A. 对称点的振幅相同相位相同B. 对称点的振幅不同,相位相同C. 对称点的振幅相同,相位相反D. 对称点的振幅不同,相位相反
在驻波中,一个波节的两侧各质元的振动()
A. 对称点的振幅相同相位相同
B. 对称点的振幅不同,相位相同
C. 对称点的振幅相同,相位相反
D. 对称点的振幅不同,相位相反
题目解答
答案
C. 对称点的振幅相同,相位相反
解析
驻波是两列振幅相同、频率相同、传播方向相反的相干波叠加形成的。波节是振动始终为零的点,其两侧质元的振动具有对称性。本题的关键在于理解波节两侧质元的振幅和相位关系。由于驻波中对称点的位移表达式相反,因此它们的振幅相同但相位相反。
驻波的形成与波节特性
驻波由两列相干波叠加形成,其表达式为:
$y(x,t) = 2A \sin(kx) \cos(\omega t)$
- 波节的位置满足 $\sin(kx) = 0$,即 $x = \frac{n\pi}{k}$($n$ 为整数),此时位移始终为零。
- 波腹位于相邻波节的中点,位移振幅最大。
波节两侧质元的振动分析
假设波节位于原点 $x=0$,两侧对称点 $x$ 和 $-x$ 的位移分别为:
$\begin{aligned}y(x,t) &= 2A \sin(kx) \cos(\omega t), \\y(-x,t) &= 2A \sin(-kx) \cos(\omega t) = -2A \sin(kx) \cos(\omega t).\end{aligned}$
- 振幅:两质元的振幅均为 $2A |\sin(kx)|$,绝对值相等。
- 相位:$y(-x,t) = -y(x,t)$,说明两质元振动方向相反,相位差为 $\pi$。
结论:波节两侧对称点的振幅相同,相位相反。