题目
两波在一很长的弦线上传播,其表达式分别为:_(1)=4.00times (10)^-2cos dfrac (1)(3)pi (4x-24t) (SI)_(1)=4.00times (10)^-2cos dfrac (1)(3)pi (4x-24t) (SI)求:(1)两波的频率、波长、波速;(2) 两波叠加后的节点位置;(3) 叠加后振幅最大的那些点的位置.
两波在一很长的弦线上传播,其表达式分别为:
(SI)
(SI)
求:(1)两波的频率、波长、波速;
(2) 两波叠加后的节点位置;
(3) 叠加后振幅最大的那些点的位置.
题目解答
答案
解:(1) 与波动的标准表达式对比可得:
= 4 Hz, = 1.50 m,
波速u = = 6.00 m/s
(2) 节点位置
m , n = 0,1,2,3, …
(3) 波腹位置
m , n = 0,1,2,3, …
解析
步骤 1:确定波动方程的标准形式
波动方程的标准形式为$y=A\cos 2\pi (vt-x/\lambda )$,其中$A$是振幅,$v$是频率,$\lambda$是波长,$t$是时间,$x$是位置。
步骤 2:对比波动方程确定频率、波长和波速
对于${y}_{1}=4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x-24t)$,对比标准形式,可以得到:
- 频率$v=24/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=4$ Hz
- 波长$\lambda=4/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=1.50$ m
- 波速$u=v\lambda=4\times 1.50=6.00$ m/s
对于${y}_{2}=4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x+24t)$,对比标准形式,可以得到:
- 频率$v=24/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=4$ Hz
- 波长$\lambda=4/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=1.50$ m
- 波速$u=v\lambda=4\times 1.50=6.00$ m/s
步骤 3:确定节点位置
节点位置是两波叠加后振幅为零的位置,即${y}_{1}+{y}_{2}=0$。将${y}_{1}$和${y}_{2}$的表达式相加,得到:
$4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x-24t)+4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x+24t)=0$
利用三角函数的和差化积公式,可以得到:
$2\times 4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)=0$
由于$\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)$不恒为零,因此$\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)=0$,即$\dfrac {1}{3}\pi (4x)=\pm (n\pi +\dfrac {1}{2}\pi )$,其中$n$为整数。解得$x=\pm 3(n+\dfrac {1}{2})$ m,$n=0,1,2,3,\ldots$
步骤 4:确定振幅最大的位置
振幅最大的位置是两波叠加后振幅最大的位置,即${y}_{1}+{y}_{2}$的绝对值最大。将${y}_{1}$和${y}_{2}$的表达式相加,得到:
$4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x-24t)+4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x+24t)$
利用三角函数的和差化积公式,可以得到:
$2\times 4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)$
由于$\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)$的绝对值最大为1,因此$\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)$的绝对值最大为1,即$\dfrac {1}{3}\pi (4x)=\pm n\pi$,其中$n$为整数。解得$x=\pm 3n/4$ m,$n=0,1,2,3,\ldots$
波动方程的标准形式为$y=A\cos 2\pi (vt-x/\lambda )$,其中$A$是振幅,$v$是频率,$\lambda$是波长,$t$是时间,$x$是位置。
步骤 2:对比波动方程确定频率、波长和波速
对于${y}_{1}=4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x-24t)$,对比标准形式,可以得到:
- 频率$v=24/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=4$ Hz
- 波长$\lambda=4/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=1.50$ m
- 波速$u=v\lambda=4\times 1.50=6.00$ m/s
对于${y}_{2}=4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x+24t)$,对比标准形式,可以得到:
- 频率$v=24/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=4$ Hz
- 波长$\lambda=4/(2\pi \times \dfrac {1}{3}\pi )=1.50$ m
- 波速$u=v\lambda=4\times 1.50=6.00$ m/s
步骤 3:确定节点位置
节点位置是两波叠加后振幅为零的位置,即${y}_{1}+{y}_{2}=0$。将${y}_{1}$和${y}_{2}$的表达式相加,得到:
$4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x-24t)+4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x+24t)=0$
利用三角函数的和差化积公式,可以得到:
$2\times 4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)=0$
由于$\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)$不恒为零,因此$\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)=0$,即$\dfrac {1}{3}\pi (4x)=\pm (n\pi +\dfrac {1}{2}\pi )$,其中$n$为整数。解得$x=\pm 3(n+\dfrac {1}{2})$ m,$n=0,1,2,3,\ldots$
步骤 4:确定振幅最大的位置
振幅最大的位置是两波叠加后振幅最大的位置,即${y}_{1}+{y}_{2}$的绝对值最大。将${y}_{1}$和${y}_{2}$的表达式相加,得到:
$4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x-24t)+4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x+24t)$
利用三角函数的和差化积公式,可以得到:
$2\times 4.00\times {10}^{-2}\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)$
由于$\cos \dfrac {1}{3}\pi (24t)$的绝对值最大为1,因此$\cos \dfrac {1}{3}\pi (4x)$的绝对值最大为1,即$\dfrac {1}{3}\pi (4x)=\pm n\pi$,其中$n$为整数。解得$x=\pm 3n/4$ m,$n=0,1,2,3,\ldots$