题目
两个同方向、同频率、等振幅的简谐振动合成后振幅仍为A,则这两个分振动的位相差为[]A. 60°B. 90°C. 120°D. 180°
两个同方向、同频率、等振幅的简谐振动合成后振幅仍为A,则这两个分振动的位相差为[]
A. 60°
B. 90°
C. 120°
D. 180°
题目解答
答案
C. 120°
解析
考查要点:本题主要考查两个同方向、同频率、等振幅简谐振动的合成规律,特别是振幅合成与位相差的关系。
解题核心思路:
当两个同频率的简谐振动合成时,合成后的振幅由分振动的振幅和位相差共同决定。利用振幅合成公式,结合题目中“合成后振幅仍为A”的条件,建立方程求解位相差。
破题关键点:
- 振幅合成公式:若两分振动的振幅均为$A$,位相差为$\phi$,则合成振幅$A_{\text{合}} = A \sqrt{2(1 + \cos\phi)}$。
- 代入条件:题目中$A_{\text{合}} = A$,代入公式后解方程即可得到$\cos\phi$的值,进而确定位相差$\phi$。
根据振幅合成公式:
$A_{\text{合}} = \sqrt{A^2 + A^2 + 2 \cdot A \cdot A \cdot \cos\phi} = A \sqrt{2(1 + \cos\phi)}.$
题目中给出合成后振幅仍为$A$,即:
$A = A \sqrt{2(1 + \cos\phi)}.$
两边平方后化简得:
$1 = 2(1 + \cos\phi) \implies 1 + \cos\phi = \frac{1}{2} \implies \cos\phi = -\frac{1}{2}.$
解得$\phi = 120^\circ$或$240^\circ$,但位相差通常取$0^\circ \leq \phi < 360^\circ$中的最小正角,故$\phi = 120^\circ$。