高中物理竞赛典型例题精讲——机械波反射叠加振幅最大条件
物理竞赛指导2020-05-17 13:15
05-02-03_机械波反射叠加振幅最大条件
本期物理竞赛试题，我们共同来研究一下机械波在空间中相干叠加的条件，也就是产生驻波的条件以及相对应的分析方法，同学们可能都对驻波的产生原因有所了解，因此在小编在本期题目的解题步骤中，并没有给出详细的驻波波腹或波节条件的推导过程，而直接使用了相关的结论进行计算，如果同学们对于驻波的相关知识并不是十分了解的话，可以百度自行搜索一下小编的个人博客：物理学堂，上面小编已经准备好了相关知识详细解答过程，方便同学们查看了解，当然了，在小编的个人博客上面，还有最近每一期内容的详细的解题方法，由于现在百度百家号后台对于百度云盘链接的审查比较严格，因此今后的小编将会将每期内容的百度网盘链接放在个人博客上面方便同学们下载查看。
试题预览
如图1所示，一平面波在介质Ⅰ中沿 X 轴正方向传播，波中某质点振动的表达式为 y = A cos ωt ，在 X 轴上距原点 L 处有厚度为 D 的介质Ⅱ，在两种介质中波速分别为 u1 和 u2 ，且 u1 > u2 ，若使 S1 面上反射波与 S2 面上的反射波在Ⅰ区域内叠加后的合振动振幅最大，介质Ⅱ的厚度至少应为多大？
解题步骤
模拟重现
方法分析
从本期题目中不难看出来，本期题目还涉及到一个比较复杂的机械波问题，那就是机械波的反射问题，当然了，如果单纯从机械波的空间传播上来研究机械波的反射的话，通过惠更斯原理很容易得到对应的波的传播方向的变化，但如果需要比较详细的了解反射波的波动方程，就比较复杂了，其中还涉及到反射截面属于自由端点还是固定端点的问题，也就是出现同学们在光学知识中，见到的一个比较常见的词汇：半波损失，对于机械波而言，半波损失仍然存在，并且在本期题目中，也是有所考察的一个基础物理知识。虽然此处的考虑与光学中的考虑不同，光学中一般将光密介质看过固定端点，即从光疏介质到光密介质的时候将会发生半波损失，但是对于本期的题目所涉及的情况，两个界面上，必定会有一个界面上要发生半波损失，另一个界面不发生，因此在解决题目中的相位差的问题的时候，无论谁是光密介质，其相差的相位都是相同的，这也是这个题目设计得比较好的一点。
同时这个题目还考察了同学们对于机械波基础波长频率关系等基础内容的考察，通过结合本期题目中的反射过程，计算相位所对应的时间关系，从而最终解决这个题目。
文档获取
小编为同学们提供了本期内容的文字版PDF文档，百度搜索小编的个人博客：物理学堂，下载哦!!
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