题目
两列平面简谐波在一很长的弦上传播,设其方程为_(1)=0.03cos (pi t-dfrac (pi x)(2))和_(1)=0.03cos (pi t-dfrac (pi x)(2)),式中各量均使用国际单位,则在两波叠加形成的驻波中,相邻两波节间距离为()m.
两列平面简谐波在一很长的弦上传播,设其方程为
和
,式中各量均使用国际单位,则在两波叠加形成的驻波中,相邻两波节间距离为()m.
题目解答
答案
答案:2
解析:
1. 先求波长:
对于波动方程
,其中
。
在
中,
,所以
,解得
。
2. 再求驻波相邻两波节间距离:
驻波相邻两波节间距离为半个波长。
所以相邻两波节间距离为
。
综上,答案是2。
解析
考查要点:本题主要考查驻波的形成条件及波节间距的计算,需要掌握波长的求解方法以及驻波的特性。
解题核心思路:
- 确定两列波的波长:通过波动方程的标准形式,提取波数$k$,进而计算波长$\lambda$。
- 分析驻波特性:两列振幅相等、频率相同且反向传播的波叠加形成驻波,相邻波节间距为半波长。
破题关键点:
- 波长计算:从波动方程中提取$k$,利用$k = \dfrac{2\pi}{\lambda}$求出波长。
- 驻波波节间距公式:相邻波节间距为$\dfrac{\lambda}{2}$。
步骤1:求两列波的波长
波动方程的标准形式为$y = A\cos(\omega t \pm kx)$,其中波数$k = \dfrac{2\pi}{\lambda}$。
-
对于波$y_1$:
方程为$y_1 = 0.03\cos(\pi t - \dfrac{\pi x}{2})$,对应$k_1 = \dfrac{\pi}{2}$。
代入$k = \dfrac{2\pi}{\lambda}$得:
$\lambda_1 = \dfrac{2\pi}{k_1} = \dfrac{2\pi}{\pi/2} = 4 \, \text{m}.$ -
对于波$y_2$:
方程为$y_2 = 0.03\cos(\pi t + \dfrac{\pi x}{2})$,对应$k_2 = \dfrac{\pi}{2}$。
同理可得$\lambda_2 = 4 \, \text{m}$。
步骤2:计算驻波相邻波节间距
两列波叠加形成驻波,相邻波节间距为半波长:
$\text{间距} = \dfrac{\lambda}{2} = \dfrac{4}{2} = 2 \, \text{m}.$