一弦上的驻波方程为y=0.03cos(1.6πx)cos(550πt),式中,y和x的单位为m,t的单位为s。则相邻两波节之间的距离为?
一弦上的驻波方程为y=0.03cos(1.6πx)cos(550πt),式中,y和x的单位为m,t的单位为s。
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题目解答
答案

解析
本题考查驻波方程的相关知识以及波节位置的计算。解题的关键在于理解驻波方程的形式,通过驻波方程求出波节的位置,进而计算相邻两波节之间的距离。
驻波方程的一般形式为$y = A\cos(\frac{2\pi}{\lambda}x)\cos(\omega t)$,其中$A$是振幅,$\lambda$是波长,$\omega$是角频率。
已知弦上的驻波方程为$y = 0.03\cos(1.6\pi x)\cos(550\pi t)$,与驻波方程的一般形式对比可得:
$\frac{2\pi}{\lambda}=1.6\pi$
求解$\lambda$,等式两边同时除以$\pi$可得:
$\frac{2}{\lambda}=1.6$
交叉相乘可得:
$1.6\lambda = 2$
等式两边同时除以$1.6$,解得:
$\lambda=\frac{2}{1.6}=1.25m$
在驻波中,波节是振幅始终为零的点,即$\cos(\frac{2\pi}{\lambda}x)=0$。
根据余弦函数的性质,$\cos\theta = 0$时,$\theta=(2k + 1)\frac{\pi}{2}$,$k = 0,\pm1,\pm2,\cdots$。
所以$\frac{2\pi}{\lambda}x=(2k + 1)\frac{\pi}{2}$,解出$x$的值为:
$x=(2k + 1)\frac{\lambda}{4}$
相邻两波节之间的距离$\Delta x$,可以取$k$和$k + 1$时的$x$值相减得到:
$\Delta x = x_{k + 1}-x_{k}=[(2(k + 1) + 1)\frac{\lambda}{4}]-[(2k + 1)\frac{\lambda}{4}]$
$=\frac{\lambda}{4}(2k + 3 - 2k - 1)=\frac{\lambda}{2}$
将$\lambda = 1.25m$代入可得:
$\Delta x=\frac{1.25}{2}=0.625m$