沿着相反方向传播的两列相干波,其表达式为:y1=Acos2π(vt-x/λ)和y2=Acos2π(vt+x/λ)。叠加后形成的驻波中,波节的位置坐标为(其中的k=0,1,2,3…)A. x=±kλB. x=±kλ/2C. x=±(2k+1) λ / 2D. x=±(2k+1) λ / 4
A. x=±kλ
B. x=±kλ/2
C. x=±(2k+1) λ / 2
D. x=±(2k+1) λ / 4
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查驻波的形成及波节位置的确定,需要掌握两列相干波叠加后形成的驻波特性,特别是波节的条件。
解题核心思路:
- 驻波的形成:两列振幅相同、频率相同、沿相反方向传播的波叠加形成驻波。
- 波节的条件:波节是振动始终为零的点,对应合成波的振幅为零的位置。
- 关键方程:通过叠加后的振幅表达式,令其等于零,解出空间坐标。
破题关键点:
- 将两列波的表达式相加,利用余弦和差化积公式化简,得到振幅随位置变化的表达式。
- 根据振幅为零的条件,解出波节的位置坐标。
两列波的表达式分别为:
$y_1 = A\cos\left[2\pi\left(vt - \frac{x}{\lambda}\right)\right], \quad y_2 = A\cos\left[2\pi\left(vt + \frac{x}{\lambda}\right)\right].$
步骤1:叠加两列波
利用余弦和差化积公式:
$\cos A + \cos B = 2\cos\left(\frac{A+B}{2}\right)\cos\left(\frac{A-B}{2}\right).$
将两列波相加:
$\begin{aligned}y_1 + y_2 &= A\cos\left[2\pi(vt - \frac{x}{\lambda})\right] + A\cos\left[2\pi(vt + \frac{x}{\lambda})\right] \\&= 2A\cos\left[2\pi vt\right]\cos\left(\frac{2\pi x}{\lambda}\right).\end{aligned}$
步骤2:确定振幅表达式
合成波的振幅为:
$\text{振幅} = 2A\cos\left(\frac{2\pi x}{\lambda}\right).$
波节要求振幅为零,即:
$\cos\left(\frac{2\pi x}{\lambda}\right) = 0.$
步骤3:解方程求波节位置
余弦函数为零的条件为:
$\frac{2\pi x}{\lambda} = \frac{\pi}{2} + k\pi \quad (k=0,1,2,\dots).$
解得:
$x = \frac{(2k+1)\lambda}{4}.$
因此,波节的位置为:
$x = \pm\frac{(2k+1)\lambda}{4} \quad (k=0,1,2,\dots).$