2022-2022学年高中物理第十二章机械波4波的衍射和干涉课后检测含解析新人教版选修3-4.doc

4波的衍射和干预记一记波的衍射和干预知识体系2个特有现象波的衍射和干预2个条件干预和明显衍射的条件1个原理波的叠加原理 辨一辨1.“隔墙有耳指的是声波的衍射现象()2只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象()3敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干预现象()4只有频率相同的两列波才可以叠加()5两列频率不同的水波不能发生波的干预现象()6在振动减弱的区域，各质点都处于波谷()想一想1.既然一切波都能够发生衍射，那为什么生活中见不到光波的衍射现象？提示：光波的波长通常在0.40.7 m的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以通常的情况下看不到光的衍射，看到的是光的直线传播2如下图，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来结果他听到的声音会忽强忽弱，这属于什么物理现象？提示：波的干预现象3大家都熟悉“闻其声不见其人的物理现象，你能说出是什么原因吗？提示：声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物继续传播，不沿直线传播；光沿直线传播，不能绕过障碍物，这样就发生了“闻其声不见其人的现象4你知道“风声、雨声、读书声，声声入耳表达了波的什么性质吗？提示：声波在相互交错、叠加之后互不影响，仍能保持原来的性质向前传播，这种现象表达了波传播具有独立性5在波的干预中，振动加强的点和振动减弱的点的振动情况是怎样的？是不是振动减弱的点始终位于平衡位置不动？提示：在波的干预中，振动加强的点是指两列波在该点的振动方向始终相同，因而使该点以两列波的振幅之和作为新的振幅做简谐运动；而振动减弱的点是指两列波在该点的振动方向始终相反，因而使该点以两列波的振幅之差作为新的振幅做简谐运动只有当两列波的振幅相等时，所形成的干预中的振动减弱的点的振幅才为零，此时该点表现为始终处于平衡位置不动思考感悟：练一练1.关于波的衍射现象，以下说法中正确的选项是()A某些波在一定条件下才有衍射现象B不是所有的波在任何情况下都有衍射现象C一切波在一定条件下才有衍射现象D一切波在任何情况下都有衍射现象解析：衍射现象是波在传播过程中所特有的特征，没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象，只是有的明显，有的不明显，故D项正确答案：D2(多项选择)如下图是观察水面波衍射的实验装置AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，那么关于波经过孔之后的传播情况，以下描述中正确的选项是()A此时能观察到波的明显的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等C如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象解析：观察题图可知道孔的尺寸与波长差不多，能观察到波的明显的衍射现象，A项正确；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距应相等，B项正确；假设将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，那么可能观察不到明显的衍射现象，C项正确；假设f增大，由，知变小，衍射现象变得不明显了，D项错误答案：ABC3(多项选择)如下图，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是以下选项中的()解析：两列波的半个波形相遇时，B项正确当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有质点的振动的位移加倍，C项正确答案：BC4两波源S1、S2在水槽中形成的波形如下图，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，那么()A在两波相遇的区域中会发生干预B在两波相遇的区域中不会发生干预Ca点的振动始终加强Da点的振动始终减弱解析：从题图中看出，两列波的波长不同，但同一介质中波速相等，根据vf，知频率不同，所以在两波相遇的区域中不会发生干预；因为不能发生干预，所以虽然此时刻a点的振动加强，但不能始终加强，当然也不能始终减弱，所以此题选B.答案：B要点一 波的衍射1(多项选择)以下现象属于波的衍射现象的是()A隔墙有耳B空山不见人，但闻人语响C余音绕梁，三日不绝D夏日雷声轰鸣不绝解析：“余音绕梁，三日不绝和“夏日雷声轰鸣不绝主要是声音的反射现象引起的，而“隔墙有耳和“空山不见人，但闻人语响均属于波的衍射现象答案：AB2(多项选择)水波通过小孔，发生了一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，以下做法可取的是()A增大小孔尺寸 B减小小孔尺寸C增大水波频率 D减小水波频率解析：根据发生明显衍射的条件，可知此题中要使现象更明显，可采取：减小小孔尺寸或增大水波波长，或同时减小小孔尺寸、增大水波波长，A项错误，B项正确；改变频率对衍射现象好似没有影响，但题目的情景中是水波，介质已确定，由vf知：假设f改变了，也会改变，就会影响衍射发生的明显程度，因此欲增大波长，必须减小水波频率，C项错误，D项正确答案：BD3如下图，图中O点是水面上一波源，实线、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于()A整个区域B阴影以外区域C阴影以外区域D上述选项均不对解析：从题图中可以看出挡板A比水波波长大的多，因此波不会绕过挡板A，而小孔B的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象，故B项正确答案：B要点二 波的干预4.(多项选择)如下图为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干预图样图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示波谷，以下说法正确的选项是()Aa、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰解析：a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点是波峰和波谷相遇的点，都是振动减弱的点，A项正确；e点位于加强点的连线上，仍为加强点，f点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B项错误；相干波源叠加产生的干预是稳定的，不会随时间变化，C项错误；因形成干预图样的质点都在不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D项正确答案：AD5当两列同频率的水波发生干预现象时，假设两列波的波峰在P点相遇，那么()质点P的振动始终加强质点P的频率最大质点P的位移始终最大质点P的位移有时可能为零A BC D解析：由于两列波的波峰在P点相遇，P点是振动加强点，且振动始终加强，正确；两列波发生干预，它们的周期和频率不会发生改变，各个点的频率仍是相同的，错误；振动加强并不意味着其位移始终最大，振动加强点的振幅最大，但位移总在变化，有时可能为零，错误，正确故D项正确答案：D6(多项选择)如下图，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A.a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且abbc.某时刻a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，那么()Aa处质点的位移始终为2ABc处质点的位移始终为2ACb处质点的振幅为2ADc处质点的振幅为2A解析：因为a、b、c三点均在S1、S2连线的中垂线上，那么各点到S1、S2的距离相等，那么S1与S2到各点的波程差为零，S1与S2振动情况相同，那么a、b、c各点振动加强，振动加强并不是位移不变，而是振幅为2A.答案：CD7(多项选择)如下图，S1、S2为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为，它们在介质中产生干预现象，S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域(图中虚线处)，P是振动减弱区域中的一点，从图中可看出()AP点到两波源的距离差等于2BP点始终不振动CP点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动变为最强D当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一定传到P点解析：振动减弱点到两波源距离差等于半波长的奇数倍，A项错误；两波源振动情况相同，故P点振幅为零，B项正确，C项错误；在P点合位移为零，故其中一列波的波峰传播到P点时，另一列波的波谷也传播到P点，D项正确答案：BD8如下图，为声波干预演示仪的原理图两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔，声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率_的波当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时，假设两列波传播的路程相差半个波长，那么此处声波的振幅_；假设传播的路程相差一个波长，那么此处声波的振幅_解析：声波从左侧小孔传入管内向上、向下分别形成两列频率相同的波，假设两列波传播的路程相差半个波长，那么振动相消，所以此处振幅为零；假设传播的路程相差一个波长，振动加强，那么此处声波的振幅等于原振幅的2倍答案：相同等于零等于原振幅的2倍根底达标1.(多项选择)以下关于波的衍射的说法正确的选项是()A衍射是机械波特有的现象B对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显C只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大解析：衍射是一切波特有的现象，A、C两项错误；发生明显衍射是有条件的：当缝、孔或障碍物尺寸比波长小或差不多时，缝、孔或障碍物越小，越易发生明显衍射，B项正确，D项正确答案：BD2(多项选择)以下关于两列波相遇时叠加的说法中正确的选项是()A相遇之后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强B相遇之后，两列波的振动情况与相遇前完全相同C在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和D几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰解析：两列波相遇时，每一列波引起的振动情况都保持不变，而质点的振动那么是两列波共同作用的结果，故A项错误，B、C两项正确；几个人在同一房间说话，发出的声波在空间中相互叠加后，并不改变每列波的振幅、频率，所以声波传到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，故D项正确答案：BCD3关于波的叠加和干预，以下说法中正确的选项是()A两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干预图样，所以波没有叠加B两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大解析：两列波相遇时一定叠加，没有条件，A项错误；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B项错误；加强点的振幅增大，质点仍然在自己的平衡位置两侧振动，故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值，C项正确，D项错误答案：C4(多项选择)两列振动方向相同，振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇以下说法正确的选项是()A波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1A2|B波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1A2C波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅解析：波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为|A1A2|，A项正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为A1A2，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时间按正弦规律变化，B项错误；振动减弱点和加强点的位移随时间按正弦规律变化，C项错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，加强点的振幅大于减弱点的振幅，D项正确答案：AD5在水波槽的衍射实验中，假设打击水面的振子的振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为()A10 cm B5 cmCd1 cm Dd1 cm解析：在水槽中激发的水波波长为 m0.01 m1 cm.假设要在小孔后产生明显的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长或与波长相差不多答案：D6利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示，那么()A图甲、乙均显示了波的干预现象B图甲、乙均显示了波的衍射现象C图甲显示了波的干预现象，图乙显示了波的衍射现象D图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干预现象解析：由图可以看出，图甲是水波通过小孔的情况，属于波的衍射现象，图乙是两列波在传播过程中叠加形成的干预图样，属于波的干预现象，D项正确答案：D7(多项选择)如下图，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，以下说法中正确的有()A假设波浪的波长约为10 m，那么A、B两处小船根本上不受波浪影响B假设波浪的波长约为10 m，那么A、B两处小船明显受到波浪影响C假设波浪的波长约为50 m，那么A、B两处小船根本上不受波浪影响D假设波浪的波长约为50 m，那么A、B两处小船明显受到波浪影响解析：A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象答案：AD8(多项选择)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t0时刻的波形如下图，图中小方格的边长为0.1 m那么不同时刻的波形正确的选项是()解析：脉冲波在介质中传播，xvt，当t0.3 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3 m，恰好相遇，故A项正确；当t0.4 s、0.5 s、0.6 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4 m、0.5 m、0.6 m，由波的叠加原理可知B、D两项正确，C项错误答案：ABD9(多项选择)波源在绳的左端发出半个波，频率为f1，振幅为A1；同时另一波源在绳右端发出半个波，频率为f2(f2f1)，振幅为A2，P为绳的中点，如下图，以下说法正确的选项是()A两列波同时到达P点B两列波相遇时P点波峰值可到达A1A2C两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D因频率不同，这两列波相遇不能叠加解析：因两波源同时起振，形成的都是绳波，波速相同，因此两列波同时到达P点，A项正确；因f2f1，故21，当的波峰传至P点时，的波峰已过了P点，即两波峰在P点不会相遇，根据波的叠加原理，P点的波峰值不会到达A1A2，B项错误，C项正确；因波的叠加没有条件，D项错误答案：AC10(多项选择)如下图，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷此刻，M是波峰与波峰的相遇点，以下说法中正确的选项是()A该时刻质点O正处在平衡位置BP、N两质点始终处在平衡位置C随着时间的推移，质点M向O点处移动D从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置解析：由题图可知，图中O、M为振动加强点，此时刻O处于波谷，M处于波峰，因此A项错误；N、P为减弱点，又因两列波振幅相同，因此，N、P两点振幅为零，即两质点始终处于平衡位置，B项正确；质点不会随波移动，C项错误；从该时刻经周期，两列波在M点分别引起的振动都位于平衡位置，故M点位于平衡位置，D项正确答案：BD11如图甲所示，两列横波沿同一水平面传播，两列横波的波源沿竖直方向振动横波1的波源B点的振动图象如图乙所示；横波2的波源C点的振动图象如图丙所示两列波的波速都为20 cm/s，两列波在P点相遇，P与B、C两点的距离均为40 cm，那么P点振幅为()A70 cm B10 cmC0 D10 cm解析：由图知，两列波的周期都是T1 s，由v得，波长vT0.21 m0.2 m因PCPB40 cm，而t0时刻两波的振动方向相反，那么两列波的波峰和波谷同时传到P点，P点是振动减弱的点，振幅等于两波振幅之差，即为A40 cm30 cm10 cm，故A、B、C三项错误，D项正确答案：D能力达标12.(多项选择)如下图，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x2101 m和x12101 m处，两列波的波速均为v0.4 m/s，两波源的振幅均为A2 cm.图示为t0时刻两列波的图象(传播方向如下图)，此刻平衡位置处于x0.2 m和0.8 m的P、Q两质点刚开始振动质点M的平衡位置处于x0.5 m处，关于各质点运动情况判断正确的选项是()A质点P、Q都首先沿y轴负向运动Bt0.75 s时刻，质点P、Q都运动到M点Ct1 s时刻，质点M的位移为4 cmDt1 s时刻，质点M的位移为4 cm解析：根据“上下坡法可以判断，质点P，Q都首先沿y轴负向运动；两列波波速相等，经过t0.75 s，两波传播的路程都为30 cm，但P，Q两质点并不沿x轴运动；t1 s时刻，左边波传到x60 cm处，右边波传到x40 cm处，两波的波谷相遇在M点，叠加后质点M的位移为4 cm.答案：AD13(多项选择)如下图为两列沿同一绳子相向传播的简谐横波在某时刻的波形图，虚线表示甲波，波速为v1，实线表示乙波，波速为v2，M为绳上x0.2 m处的质点，那么以下说法中正确的选项是()A这两列波将发生干预现象，质点M的振动始终加强B由图示时刻开始，再经甲波周期的，M将位于波谷C甲波的速度v1与乙波的速度v2一样大D因波的周期未知，故两列波波速的大小无法比拟解析：两列机械波在同一介质中传播，波速相同，D项错误，C项正确；从波的图象可以看出，两列波的波长相同，那么频率、周期也相同，两列波将发生干预现象，再经周期，两列波的波谷同时传到M点，M将出现波谷，振动加强，A、B两项正确答案：ABC14甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24 m有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰求：(1)此水波的波长为多少？波速为多少？(2)假设此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？(3)假设该波经过一跨度为30 m的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩处能否看到明显衍射现象？(4)假设该桥为一3 m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射现象？解析：(1)由题意知：周期T s3 s.设波长为，那么524 m， m.由v得，v m/s m/s.(2)由于 m，大于竖立电线杆的直径，所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象(3)、(4)由于 m3 m，所以此波无论是通过直径为3 m的桥墩，还是通过宽为3 m的涵洞，都能发生明显的衍射现象答案：(1) m m/s(2)会(3)能(4)能15波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA2 m，如下图两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.两波源振动的初始相位相同求：(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置解析：(1)设波长为，频率为f，那么vf，代入数据，得1 m.(2)以O为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，那么两波源到P点的波程差为sx(2x)，0x2.其中x、s以m为单位合振动振幅最小的点的位置满足s，k为整数解得：x0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m.答案：(1)1 m(2)O、A间离O点的距离为0.25 m、0.75 m、1.25 m、1.75 m的点为合振动振幅最小的点