2019高中物理 課下能力提升十一 第十二章 第4節(jié) 波的衍射和干涉（含解析）新人教版選修3-4.doc

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波的衍射和干涉 [基礎(chǔ)練] 一、選擇題 1．[多選]如圖所示是觀(guān)察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O為波源，圖中已畫(huà)出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線(xiàn))之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則關(guān)于波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(　　) A．此時(shí)能明顯觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象 B．擋板前波紋間的距離相等 C．如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象 2．[多選]一條彈性繩子呈水平狀態(tài)，M為繩子中點(diǎn)，兩端P、Q同時(shí)開(kāi)始上下振動(dòng)，一小段時(shí)間后產(chǎn)生的波形如圖所示，對(duì)于其后繩上各點(diǎn)的振動(dòng)情況，以下判斷正確的是(　　) A．兩列波將同時(shí)到達(dá)中心M B．兩列波波速之比為1∶2 C．中點(diǎn)M的振動(dòng)總是加強(qiáng)的 D．繩的兩端P、Q開(kāi)始振動(dòng)的方向相同 3．(2016金華高二檢測(cè))如圖所示是利用發(fā)波水槽觀(guān)察到的水波衍射圖象，從圖象可知(　　) A．B側(cè)波是衍射波 B．A側(cè)波速與B側(cè)波速相等 C．減小擋板間距，衍射波的波長(zhǎng)將減小 D．增大擋板間距，衍射現(xiàn)象將更明顯 4．消除噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要課題。內(nèi)燃機(jī)、通風(fēng)機(jī)等在排放各種高速氣流的過(guò)程中都發(fā)出噪聲，干涉型消聲器可以用來(lái)消弱高速氣流產(chǎn)生的噪聲。干涉型消聲器的結(jié)構(gòu)及氣流運(yùn)行如圖所示，產(chǎn)生波長(zhǎng)為λ的聲波沿水平管道自左向右傳播。當(dāng)聲波到達(dá)a處時(shí)，分成兩束相干波，它們分別通過(guò)r1和r2的路程，再在b處相遇，即可達(dá)到消弱噪聲的目的。若Δr＝r2－r1＞0，則Δr等于(　　) A．波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍 B．波長(zhǎng)λ的奇數(shù)倍 C．半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍 D．半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍 二、非選擇題 5．如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1和S2兩個(gè)波源，這兩個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同，且振動(dòng)的步調(diào)完全一致，S1和S2之間相距兩個(gè)波長(zhǎng)，B點(diǎn)為S1和S2連線(xiàn)的中點(diǎn)，今以B點(diǎn)為圓心，R＝BS1為半徑畫(huà)圓，問(wèn)在該圓周上(S1和S2兩波源除外)共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)？ 6．如圖所示，S是水面波的波源，x、y是擋板，S1、S2是兩個(gè)狹縫(SS1＝SS2，狹縫的尺寸比波長(zhǎng)小得多)，試回答以下問(wèn)題： (1)若閉上S1，只打開(kāi)S2，會(huì)看到什么現(xiàn)象？ (2)若S1、S2都打開(kāi)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ (3)從兩個(gè)狹縫S1、S2傳播的兩列波在某一時(shí)刻的圖形如圖所示，若實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)分別表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各點(diǎn)中，哪些點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng)，哪些點(diǎn)振動(dòng)最弱？ [提能練] 一、選擇題 1．已知空氣中的聲速為340 m/s。現(xiàn)有幾種聲波：①周期為1/20 s，②頻率為104 Hz，③波長(zhǎng)為10 m，它們傳播時(shí)若遇到尺寸約為 13 m的障礙物，能產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象的是(　　) A．①和②　　　　　　　 B．②和③ C．①和③ D．都可以 2．(2016張店高二檢測(cè))如圖所示，正中O是水面上一波源，實(shí)、虛線(xiàn)分別表示該時(shí)刻的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，水面上的波形將分布于(　　) A．整個(gè)區(qū)域 B．陰影Ⅰ以外區(qū)域 C．陰影Ⅱ以外區(qū)域 D．陰影Ⅲ以外區(qū)域 3．[多選]兩列波在某區(qū)域相遇，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．兩列波相遇時(shí)能夠保持各自的狀態(tài)互不干涉 B．由于這兩列波相遇時(shí)疊加，當(dāng)它們分開(kāi)時(shí)波的頻率、振幅都會(huì)發(fā)生變化 C．如果這兩列波疊加以后使某些區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域振動(dòng)減弱，那么這兩列波發(fā)生明顯干涉 D．兩列波重疊的區(qū)域里，任何一點(diǎn)的總位移都等于兩列波分別引起的位移的矢量和 4．(2016衡水高二檢測(cè))如圖所示，甲、乙兩平面波是振幅相同的相干波，甲波沿x軸正方向傳播，乙波沿y軸正方向傳播，圖中實(shí)線(xiàn)表示某一時(shí)刻的波峰位置，實(shí)線(xiàn)相交點(diǎn)為A、B、C、D，虛線(xiàn)表示波谷位置，對(duì)圖中正方形中央的a、b、c、d四點(diǎn)的振動(dòng)情況，正確的判斷是(　　) A．a(chǎn)、b點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，c、d點(diǎn)振動(dòng)減弱 B．a(chǎn)、c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，b、d點(diǎn)振動(dòng)減弱 C．a(chǎn)、d點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，b、c點(diǎn)振動(dòng)減弱 D．a(chǎn)、b、c、d點(diǎn)的振動(dòng)都加強(qiáng) 二、非選擇題 5．(2016日照高二檢測(cè))甲、乙兩列完全相同的橫波分別從波源A、B兩點(diǎn)沿x軸相向傳播，t＝0時(shí)的波形圖象如圖所示，如果兩列波的波速都是10 m/s，求： (1)甲、乙兩列波的頻率各是多少？ (2)第幾秒末兩列波相遇？相遇時(shí)C、D兩點(diǎn)間有哪些位移最大？ 6．在圖中，A、B是同一介質(zhì)中兩相干波源，其振幅均為A＝5 cm，頻率均為f＝100 Hz，當(dāng)A點(diǎn)為波峰時(shí)，B點(diǎn)恰好為波谷，波速v＝10 m/s，判斷P點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)還是振動(dòng)減弱點(diǎn)？ 答 案 [基礎(chǔ)練] 1．解析：選ABC　由題圖可看出孔AB的寬度小于一個(gè)波長(zhǎng)，故A項(xiàng)正確；由v＝λf知，介質(zhì)及波源不變，則λ不變，B項(xiàng)正確；將孔變大，若孔的寬度比波長(zhǎng)大則不能看到明顯的衍射現(xiàn)象，C項(xiàng)正確；波速不變，增大頻率，波長(zhǎng)變短，則不容易看到衍射現(xiàn)象，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．解析：選AD　由題意可知，雖然波形不同，但波速相同，由于距離相同，所以?xún)刹ㄍ瑫r(shí)到達(dá)M點(diǎn)，故A正確；波速由介質(zhì)決定，與波長(zhǎng)和頻率無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；由于波的頻率不同，故兩列波并不能干涉，M點(diǎn)并不是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系可知，P點(diǎn)、Q點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向都是向上，故D正確。 3．解析：選B　小孔是衍射波的波源，A側(cè)是衍射波，故A錯(cuò)誤；在同一種介質(zhì)中，波速相等，故B正確；根據(jù)波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系式v＝λf，由于波速和頻率不變，故波長(zhǎng)不變，故C錯(cuò)誤；波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，與波的頻率和振幅沒(méi)有關(guān)系，在波長(zhǎng)無(wú)法改變的情況下減小擋板間距，衍射現(xiàn)象更明顯，故D錯(cuò)誤。 4．解析：選C　根據(jù)波的干涉特征，兩列波的路程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，疊加后減弱，從而達(dá)到消弱噪聲的目的，C正確。 5．解析：首先分析S1和S2兩波源的連線(xiàn)上共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，由對(duì)稱(chēng)性可直接判斷B點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。如圖所示，AS2－AS1＝λ，CS1－CS2＝λ，故A與C兩點(diǎn)也為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，即S1和S2連線(xiàn)上共有三個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)。再過(guò)A、B、C三點(diǎn)作三條加強(qiáng)線(xiàn)(表示三個(gè)加強(qiáng)區(qū)域)分別交于圓周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六點(diǎn)，顯然這六個(gè)點(diǎn)也為加強(qiáng)點(diǎn)，故圓周上共有六個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。 答案：6個(gè) 6．解析：(1)只打開(kāi)S2，波源S產(chǎn)生的波傳播到狹縫S2時(shí)，由于狹縫的尺寸比波長(zhǎng)小，則水波在狹縫S2處發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，水面波以狹縫S2處為中心向擋板另一側(cè)傳播開(kāi)來(lái)。(2)由于SS1＝SS2，從波源發(fā)出的水波傳播到S1、S2處時(shí)，它們的振動(dòng)情況完全相同，當(dāng)S1、S2都打開(kāi)時(shí)產(chǎn)生兩列相干波，它們?cè)诳臻g相遇時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)一些地方振動(dòng)加強(qiáng)，一些地方振動(dòng)減弱的現(xiàn)象，加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔，發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣。(3)由題圖可知，點(diǎn)D是波峰與波峰相遇處，是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)，點(diǎn)B是波谷與波谷相遇處，也是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)；點(diǎn)A、C是波峰與波谷相遇的地方，這兩點(diǎn)振動(dòng)最弱。 答案：(1)在S2處發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 (2)在擋板后發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 (3)B、D點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng)　A、C點(diǎn)振動(dòng)最弱 [提能練] 1．解析：選C　①、②、③三種聲波的波長(zhǎng)分別為λ1＝340 m＝17 m，λ2＝ m＝0.034 m，λ3＝10 m。根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，①、③兩種聲波的波長(zhǎng)與障礙物的尺寸差不多，能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，故C正確。 2．解析：選B　由題圖中可以直觀(guān)看出，半波長(zhǎng)為實(shí)虛兩圓半徑之差，且可看出擋板A的尺寸比波長(zhǎng)大得多，而小孔B與波長(zhǎng)長(zhǎng)度差不多。根據(jù)波發(fā)生明顯衍射的條件知，該波在擋板A處的衍射現(xiàn)象很不明顯，即可認(rèn)為波沿直線(xiàn)傳播，故陰影區(qū)Ⅰ內(nèi)水面無(wú)波形，故A、C、D選項(xiàng)不正確；該波的波長(zhǎng)與小孔B差不多，能夠產(chǎn)生明顯的衍射，故在陰影區(qū)Ⅲ、Ⅱ之內(nèi)，存在明顯的衍射波形，故B選項(xiàng)正確。 3．解析：選AD　兩列波相遇滿(mǎn)足獨(dú)立傳播和疊加原理，波的干涉是出現(xiàn)穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱相互間隔的現(xiàn)象，兩列波疊加時(shí)，任何一點(diǎn)的位移都等于兩列波分別引起的位移的矢量和。故A、D正確。 4．解析：選B　當(dāng)兩列波出現(xiàn)干涉現(xiàn)象時(shí)，要產(chǎn)生干涉圖樣，形成一條加強(qiáng)線(xiàn)、一條減弱線(xiàn)……即加強(qiáng)線(xiàn)、減弱線(xiàn)彼此相間隔的穩(wěn)定的干涉圖樣，圖中實(shí)線(xiàn)相交點(diǎn)A、B、C、D，即波峰與波峰相遇，都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，可知B、D決定的直線(xiàn)為加強(qiáng)線(xiàn)，過(guò)A、C平行于BD直線(xiàn)的兩條直線(xiàn)也應(yīng)是加強(qiáng)線(xiàn)，a、c兩點(diǎn)在BD直線(xiàn)上，故a、c點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，分別過(guò)b、d點(diǎn)且平行于BD直線(xiàn)的兩條直線(xiàn)均在兩加強(qiáng)線(xiàn)之間，應(yīng)為減弱線(xiàn)，故b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱。 5．解析：(1)由圖知：λ＝4 m，又因v＝10 m/s 所以由f＝得 f＝ Hz＝2.5 Hz 故甲、乙兩列波的頻率均為 2.5 Hz。 (2)設(shè)經(jīng)t時(shí)間兩波相遇，則2vt＝4 m 所以t＝ s＝0.2 s 又因T＝＝ s＝0.4 s 故兩列波分別向前傳播相遇 此時(shí)兩列波的圖象如圖中的虛線(xiàn)所示。 故C、D間有x＝5 m和x＝7 m處的點(diǎn)位移最大 答案：(1)2.5 Hz　2.5 Hz (2)0.2 s　x＝5 m與x＝7 m處的點(diǎn)位移最大 6．解析：A到P與B到P的波程差為Δx＝ m－15 m＝25 m－15 m＝10 m。這列波的波長(zhǎng)為λ＝＝ m＝0.1 m，10 m 恰好為0.1 m的整數(shù)倍，又因A、B步調(diào)相反，因此P點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。 答案：振動(dòng)減弱點(diǎn)