浅谈波的干涉中加强区和减弱区的判定

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  干涉是波所特有的现象,它能够产生相互间隔的加强区和减弱区,其中判定加强区和减弱区的位置是尤为重要的一环。本文总结出两种判定加强区和减弱区的方法,介绍如下:
  1.当两振源位置确定时,可用差值法判定。如对于两个频率相同、振动情况完全相同的振源S1、S2,若它们到某一点P的路程差为波长的整数倍,即S1P-S2P=kλ(k=0、1、2、…),说明两振源在这一点引起的振动情况完全相同,则这一点为加强点;若它们到某一点Q的路程差为半个波长的奇数倍,即S1P-S2P=k+λ(k=0、1、2、…),说明两振源在这一点引起的振动情况完全相反,则这一点为减弱点。
  在这里需要注意的是:如果两相干波源的振动情况完全相反时,上述结论恰相反,即如果两振源到某一点的路程差为波长的整数倍,说明两振源在这一点引起的振动情况完全相反,则这一点为减弱点;若它们到某一点的路程差为半个波长的奇数倍,说明两振源在这一点引起的振动情况完全相同,则这一点为加强点。
  2.当两振源位置不确定时,可用矢量合成法判定。根据加强区和减弱区质点的振动特点可知:对于加强区里的质点,两振源在这一点引起的振动情况完全相同,说明这一点振动时两个分位移方向始终相同,两个分速度方向也始终相同,即合位移大小始终为x=x1+x2,合速度大小始终为v=v1+v2;同理,对于减弱区里的质点,两振源在这一点引起的振动情况完全相反,说明这一点振动时两个分位移方向始终相反,两个分速度方向也始终相反,即合位移大小始终为x=x1-x2,合速度大小始终为v=v1-v2。那么,我们在判定此类问题时,就可以根据上述结论:若两分位移、分速度方向分别始终一致的,就为加强点;若两分位移、分速度方向分别始终相反的,就为减弱点。
  例1 如图1所示,实线表示两个相干波源S1、S2发出的波的波峰位置,则图中的______点为振动加强的位置,图中的______点为振动减弱的位置。
  
  解析 本题是已知两振源位置,确定加强区和减弱区的位置,属于第一种情况,用差值法求解。根据图形可数出:S2a=4λ,S1a=2.5λ,S2a-S1a=1.5λ,所以a点为减弱点。S2b=3.5λ,S1b=3.5λ,S2b-S1b=0,所以b点为加强点。
  例2 如图2所示,某空间的同一平面上有A、B、C三点,它们的距离分别为AB=5 m,AC=3 m,BC=4 m,在A、C两点上放着两个频率相同、振动情况恰相反的波源,已知波源的振动频率为f=1360 Hz,波在该空间的传播速度v=340 m/s,则BC连线上(C点除外)振动最弱的位置共有()。
  A.8个 B.9个 C.10个 D.11个
  
  解析 本题仍是已知两振源位置,确定加强区和减弱区的位置,属于第一种情况,用差值法求解,但要注意两波源的振动情况是相反的。根据λ==0.25 m,而AB-BC=1 m,所以AB-BC=4λ,B点恰为第4级减弱点;而AC=3 m,所以AC=12λ,C点恰为第12级减弱点;故BC连线上(C点除外)振动最弱的位置共有8个,正确选项为A。
  例3 如图3所示,两列振幅相等的简谐波均沿x轴传播,传播速度的大小相等,其中一列沿x轴正方向传播(图中实线所示),一列沿x轴负方向传播(图中虚线所示),这两列波的频率相等,振动方向均沿y轴,则图中1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是x=______的点;振幅最小的是x=______的点。
  
  解析 本题是不知道两振源的位置,来确定加强区和减弱区的位置,属于第二种情况,用矢量合成法求解。对质点1来讲:当前时刻,两列波在此点引起的两分位移x1、x2的方向相反,两分速度v1、v2的方向却相同;再过四分之一周期,两分位移方向相同,两分速度方向又相反,所以质点1既不是加强点也不是减弱点,这样,它的振幅是介于最大值与最小值之间的,像这样的点还有3、5、7三个点。对质点2来讲:两列波在此点引起的两分位移方向始终相反,两分速度方向也始终相反,所以它是减弱点,振幅最小为零,像这样的点还有质点6。对质点4来讲:两列波在此点引起的两分位移方向始终相同,两分速度方向也始终相同,所以它是加强点,振幅最大为2A,像这样的点还有质点8。实际上,上题就是我们常见的驻波,其中质点2、6为波节,一直静止,而质点4、8为波幅,振幅最大。
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