题目
两个同振动方向、同频率、振幅均为A的简谐振动合成后,振幅仍为A,则这两个简谐振动的相位差为( )A. 1/3πB. 1/2πC. 2/3πD. π
两个同振动方向、同频率、振幅均为A的简谐振动合成后,振幅仍为A,则这两个简谐振动的相位差为( )
A. 1/3π
B. 1/2π
C. 2/3π
D. π
题目解答
答案
C. 2/3π
解析
考查要点:本题主要考查两个同频率简谐振动合成后振幅的计算,涉及矢量叠加原理和余弦定理的应用。
解题核心思路:
当两个同方向、同频率的简谐振动合成时,振幅的合成遵循矢量相加规则。利用余弦定理建立方程,结合已知条件求解相位差。
破题关键点:
- 振幅合成公式:若两振动振幅均为$A$,相位差为$\Delta \phi$,则合成振幅$A_{\text{合}} = \sqrt{A^2 + A^2 + 2A^2 \cos \Delta \phi}$。
- 方程建立:根据题目中合成振幅仍为$A$的条件,代入公式后化简方程,求出$\cos \Delta \phi$的值。
- 相位差范围:相位差通常取$[0, \pi]$,结合余弦值确定具体角度。
设两简谐振动的相位差为$\Delta \phi$,根据振幅合成公式:
$A_{\text{合}} = \sqrt{A^2 + A^2 + 2A \cdot A \cdot \cos \Delta \phi} = \sqrt{2A^2(1 + \cos \Delta \phi)}.$
题目中给出$A_{\text{合}} = A$,代入得:
$A^2 = 2A^2(1 + \cos \Delta \phi).$
两边除以$A^2$并化简:
$1 = 2(1 + \cos \Delta \phi) \implies 1 + \cos \Delta \phi = \frac{1}{2} \implies \cos \Delta \phi = -\frac{1}{2}.$
解得$\Delta \phi = \frac{2}{3}\pi$(在$[0, \pi]$范围内)。因此,正确答案为选项C。