题目
两个振动方向相同、频率相同、振幅均为 A 的简谐运动合成后,振幅为 sqrt(2)A,则这两个简谐运动的相位差为 []A. pi/3B. pi/2C. 2pi/3D. pi
两个振动方向相同、频率相同、振幅均为 $A$ 的简谐运动合成后,振幅为 $\sqrt{2}A$,则这两个简谐运动的相位差为 []
A. $\pi/3$
B. $\pi/2$
C. $2\pi/3$
D. $\pi$
题目解答
答案
B. $\pi/2$
解析
考查要点:本题主要考查两个同频率简谐运动合成后的振幅与相位差的关系,需要掌握振幅合成的矢量叠加原理。
解题核心思路:
利用振幅合成公式,将两个简谐运动的振幅视为向量,根据相位差计算合成后的振幅。通过已知条件建立方程,求解相位差。
破题关键点:
- 公式选择:正确应用振幅合成公式 $A_{\text{合}} = \sqrt{A_1^2 + A_2^2 + 2A_1A_2\cos\Delta\phi}$。
- 代数运算:将已知条件代入公式,通过方程变形求解 $\cos\Delta\phi$。
- 相位差范围:明确相位差 $\Delta\phi$ 的取值范围为 $[0, \pi]$,排除多余解。
已知两个简谐运动的振幅均为 $A$,合成后振幅为 $\sqrt{2}A$,代入振幅合成公式:
$\sqrt{2}A = \sqrt{A^2 + A^2 + 2A \cdot A \cdot \cos\Delta\phi}$
步骤1:平方消去根号
两边平方得:
$(\sqrt{2}A)^2 = A^2 + A^2 + 2A^2\cos\Delta\phi$
化简为:
$2A^2 = 2A^2 + 2A^2\cos\Delta\phi$
步骤2:方程变形
两边减 $2A^2$:
$0 = 2A^2\cos\Delta\phi$
解得:
$\cos\Delta\phi = 0$
步骤3:确定相位差
由 $\cos\Delta\phi = 0$,得 $\Delta\phi = \frac{\pi}{2}$ 或 $\frac{3\pi}{2}$。
因相位差范围为 $[0, \pi]$,故 $\Delta\phi = \frac{\pi}{2}$,对应选项 B。