题目
两个简谐运动方向相同,频率相同,振幅也相同为A,其合成的振幅仍然为A,则这两个简谐运动的相位差为( )A. pi over6B. pi over3C. pi over2D. 2pi over3
两个简谐运动方向相同,频率相同,振幅也相同为A,其合成的振幅仍然为A,则这两个简谐运动的相位差为( )
A. $\pi \over6$
B. $\pi \over3$
C. $\pi \over2$
D. $2\pi \over3$
题目解答
答案
D. $2\pi \over3$
解析
本题考查两个同频同振幅简谐运动的合成规律。关键点在于利用矢量叠加原理计算合成振幅,并结合余弦定理建立方程求解相位差。需注意相位差的取值范围为$[0, \pi]$,避免误选超过该范围的角度。
设两简谐运动分别为:
$x_1 = A \sin(\omega t + \phi_1), \quad x_2 = A \sin(\omega t + \phi_2)$
其相位差为$\Delta \phi = |\phi_1 - \phi_2|$。根据矢量叠加,合成振幅$A_{\text{合}}$满足:
$A_{\text{合}}^2 = A^2 + A^2 + 2A^2 \cos \Delta \phi$
代入题目条件$A_{\text{合}} = A$,得:
$A^2 = 2A^2(1 + \cos \Delta \phi)$
化简得:
$\cos \Delta \phi = -\frac{1}{2}$
在$[0, \pi]$范围内,唯一满足此条件的角度为$\Delta \phi = \frac{2\pi}{3}$。