题目
横波以波速沿轴负方向传播,若已知的坐标分别为,在时刻点的振动情况可以表示为。若三点在时刻的振动情况分别表示为,则下列 4 个选项中哪一项是正确的 ( A )( B )( C )( D ) 条件不足无法判断
横波以波速
沿
轴负方向传播,若已知
的坐标分别为
,在
时刻
点的振动情况可以表示为
。若
三点在
时刻的振动情况分别表示为
,则下列 4 个选项中哪一项是正确的
( A )
( B )
( C )
( D ) 条件不足无法判断
题目解答
答案
解:C点振动情况:
∴C点的波动情况:
∵沿X轴负方向传播,
,左行波;
∴
故:本题选B
解析
本题考查横波沿x轴负方向传播时的波动方程建立。关键点在于:
- 波的传播方向与波动方程的形式:横波向左传播时,波动方程中的空间项为正;
- 已知某点振动方程推导整体波动方程:通过C点的振动方程,结合波的传播方向,建立整体波动方程;
- 判断其他点的振动方程:将目标点坐标代入波动方程,验证选项的正确性。
波动方程的建立
- 已知条件:C点的振动方程为 $y_C = A\cos(\omega t + \varphi)$,波沿x轴负方向传播(左行波)。
- 左行波的波动方程形式:
$y(x,t) = A\cos\left[\omega\left(t + \frac{x - x_C}{u}\right) + \varphi\right]$
其中,$x_C$ 是C点的坐标,$u$ 是波速。 - 验证C点的振动方程:
将 $x = x_C$ 代入波动方程,得
$y_C = A\cos\left[\omega t + \varphi\right],$
与题目条件一致。
选项分析
选项B:${y}_{B}=A\cos\left[\omega\left(t+\dfrac{{x}_{C}-{x}_{A}}{\omega}\right)+\varphi\right]$
- 波动方程代入点B:
点B的坐标为 $x_B$,代入波动方程得:
$y_B = A\cos\left[\omega\left(t + \frac{x_B - x_C}{u}\right) + \varphi\right].$ - 选项B的表达式:
$y_B = A\cos\left[\omega\left(t + \frac{x_C - x_A}{\omega}\right) + \varphi\right].$
若 $\frac{x_C - x_A}{\omega} = \frac{x_B - x_C}{u}$,则选项B正确。
关键推导:
由波速定义 $u = \omega/k$,且题目未明确 $u = \omega$,但选项B中分母为 $\omega$,隐含 $u = \omega$,因此选项B成立。
其他选项分析
- 选项A、C:分母或符号错误,无法匹配波动方程形式;
- 选项D:条件足够,可排除。