题目
已知波源的振动周期为0.04(s),波的传播速度为300(m/s),波沿x轴正方向传播,则位于x_(1)=10(m)和x_(2)=16(m)的两质点振动位相差为____pi
已知波源的振动周期为$0.04\text{s}$,波的传播速度为$300\text{m/s}$,波沿$x$轴正方向传播,则位于$x_{1}=10\text{m}$和$x_{2}=16\text{m}$的两质点振动位相差为____$\pi$
题目解答
答案
根据题意,波长为:
\[
\lambda = v T = 300 \times 0.04 = 12 \, \text{m}
\]
两点间距离为:
\[
\Delta x = 16 - 10 = 6 \, \text{m} = \frac{1}{2} \lambda
\]
相位差为:
\[
\Delta \phi = \frac{2\pi}{\lambda} \Delta x = \frac{2\pi}{12} \times 6 = \pi
\]
由于波沿 $ x $ 轴正方向传播,$ x_2 $ 处相位滞后 $ \pi \, \text{rad} $。
答案:1
解析
本题考查机械波中波长、波速、周期的关系以及相位差的计算。解题思路如下:
- 首先根据波速、周期和波长的关系公式$\lambda = vT$计算出该波的波长。
- 接着计算出$x_1$和$x_2$两质点间的距离$\Delta x$。
- 最后根据相位差与波程差的关系公式$\Delta\phi=\frac{2\pi}{\lambda}\Delta x$计算出两质点的振动位相差。
详细计算过程
- 计算波长$\lambda$:
已知波源的振动周期$T = 0.04\text{s}$,波的传播速度$v = 300\text{m/s}$,根据公式$\lambda = vT$,可得:
$\lambda = 300\times0.04 = 12\text{m}$ - 计算两质点间的距离$\Delta x$:
已知$x_1 = 10\text{m}$,$x_2 = 16\text{m}$,则两质点间的距离为:
$\Delta x = x_2 - x_1 = 16 - 10 = 6\text{m}$
又因为$\frac{\Delta x}{\lambda}=\frac{6}{12}=\frac{1}{2}$,所以$\Delta x = \frac{1}{2}\lambda$。 - 计算两质点的振动位相差$\Delta\phi$:
根据相位差与波程差的关系公式$\Delta\phi=\frac{2\pi}{\lambda}\Delta x$,将$\Delta x = \frac{1}{2}\lambda$代入可得:
$\Delta\phi=\frac{2\pi}{\lambda}\times\frac{1}{2}\lambda=\pi$
由于波沿$x$轴正方向传播,$x_2$处的质点振动相位滞后于$x_1$处的质点,滞后的相位差为$\pi$。