2024-2025學(xué)年高中物理第十二章第4節(jié)波的衍射和干涉練習(xí)含解析新人教版選修3-4

PAGE6-波的衍射和干涉[隨堂檢測]1．蟬(知了)是利用蟬的a發(fā)出聲音；某同學(xué)繞蟬休息的樹干走了一圈，聽到忽高忽低的蟬鳴聲，這是由于聲波的b現(xiàn)象．a(chǎn)、b組合正確的是()A．嘴，衍射 B．腹部，干涉C．翅膀，共振 D．翅膀，疊加答案：B2．兩波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖所示，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，則()A．在兩波相遇的區(qū)域中會(huì)產(chǎn)生干涉B．在兩波相遇的區(qū)域中不會(huì)產(chǎn)生干涉C．a(chǎn)點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)D．a(chǎn)點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱解析：選B.由題圖可知，兩列波的波長不相等，由v＝λf知，f不同，不滿意波的干涉條件，B正確．3．(多選)(2024·高考全國卷Ⅲ)水槽中，與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個(gè)振動(dòng)片上．振動(dòng)片做簡諧振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿周期性觸動(dòng)水面形成兩個(gè)波源．兩波源發(fā)出的波在水面上相遇，在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣．關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，下列說法正確的是()A．不同質(zhì)點(diǎn)的振幅都相同B．不同質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率都相同C．不同質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的相位都相同D．不同質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期都與振動(dòng)片的周期相同E．同一質(zhì)點(diǎn)處，兩列波的相位差不隨時(shí)間改變解析：選BDE.在波的干涉試驗(yàn)中，質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)的振幅是兩列波振幅之和，質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)減弱區(qū)的振幅是兩列波振幅之差，A項(xiàng)錯(cuò)誤；沿波的傳播方向上，波不停地向外傳播，故各質(zhì)點(diǎn)的相位不都相同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；兩波源振動(dòng)頻率相同，其他各質(zhì)點(diǎn)均做受迫振動(dòng)，故頻率均與振源頻率相同，周期均與振動(dòng)片的周期相同，B、D項(xiàng)正確；同一質(zhì)點(diǎn)到兩波源的距離確定，故波程差恒定，即相位差保持不變，E正確．4．(多選)下列各圖分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(A、B圖)或障礙物(C、D圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有()解析：選BD.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小，或和波長相差不多．由圖中兩個(gè)水紋間的距離，B、D選項(xiàng)水紋間的距離比障礙物或孔的尺寸大．故B、D正確．[課時(shí)作業(yè)][學(xué)生用書P103(單獨(dú)成冊(cè))]一、單項(xiàng)選擇題1．關(guān)于聲波的描述，正確的是()A．同一列聲波在各種介質(zhì)中的波長是相同的B．聲波的頻率越高，它在空氣中傳播的速度越快C．人能辨別不同樂器同時(shí)發(fā)出的聲音，說明聲波不會(huì)發(fā)生干涉D．“隔墻有耳”說明聲波可以繞過障礙物傳播，即它可以發(fā)生衍射解析：選D.介質(zhì)確定波速，所以同一列波在各種介質(zhì)中頻率相同；據(jù)波速公式可知波長不肯定相同，A、B錯(cuò)誤；人能辨別不同樂器同時(shí)發(fā)出的聲音，是由于音色不同，并非聲波不會(huì)發(fā)生干涉，C錯(cuò)誤；隔墻有耳說明聲波可以繞過障礙物傳播，即它可以發(fā)生衍射，D正確．2．在水波槽里放兩塊擋板，當(dāng)中留一窄縫，已知窄縫的寬度為0.5cm，所用水波的波長為5cm，則如圖所示的衍射圖樣中正確的是()解析：選C.窄縫寬度0.5cm明顯小于水波波長5cm，符合發(fā)生明顯衍射的條件，且水波是以水中“某點(diǎn)”為中心的弧線，且波長不變，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確．3．關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是()A．兩列頻率不相同的波相遇時(shí)，因?yàn)闆]有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加B．兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)只是波峰與波峰相遇的點(diǎn)C．兩列頻率相同的波相遇時(shí)，介質(zhì)中振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移可能是零D．兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大解析：選C.兩列波相遇，都會(huì)發(fā)生疊加現(xiàn)象，每一質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和，頻率不相同只是不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，A錯(cuò)誤；振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向均相同，可在波峰上，也可在波谷，也可能在平衡位置，B錯(cuò)誤，C正確；在疊加區(qū)域，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移不肯定比振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大，D錯(cuò)誤．4．兩列沿相反方向傳播的、振幅和波長都相同的半波(如圖甲)，在相遇的某一時(shí)刻(如圖乙)兩列波“消逝”，此時(shí)圖中a、b質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是()A．a(chǎn)向上，b向下 B．a(chǎn)向下，b向上C．a(chǎn)、b都靜止 D．a(chǎn)、b都向上解析：選B.依據(jù)振動(dòng)與傳播方向關(guān)系知，兩列波在a點(diǎn)引起的振動(dòng)方向均向下，在b點(diǎn)引起的振動(dòng)方向均向上，故B正確．5.如圖所示，在勻稱介質(zhì)中S1和S2是同時(shí)起振(起振方向相同)、頻率相同的兩個(gè)機(jī)械波源，它們發(fā)出的簡諧波相向傳播．在介質(zhì)中S1和S2平衡位置的連線上有a、b、c三點(diǎn)，已知S1a＝ab＝bc＝cS2＝eq\f(λ,2)(λ為波長)，則下列說法中正確的是()A．b點(diǎn)的振動(dòng)總是最強(qiáng)，a、c兩點(diǎn)的振動(dòng)總是最弱B．b點(diǎn)的振動(dòng)總是最弱，a、c兩點(diǎn)的振動(dòng)總是最強(qiáng)C．a(chǎn)、b、c三點(diǎn)的振動(dòng)都是加強(qiáng)D．a(chǎn)、b、c三點(diǎn)的振動(dòng)都是有時(shí)最強(qiáng)有時(shí)最弱解析：選C.依據(jù)加強(qiáng)點(diǎn)的條件當(dāng)某點(diǎn)到兩波源距離差Δx＝eq\f(λ,2)×2n時(shí)(n＝0，1，2，…)，該點(diǎn)加強(qiáng)，當(dāng)Δx＝eq\f(λ,2)(2n＋1)時(shí)(n＝0，1，2…)，該點(diǎn)減弱．因?yàn)棣a＝λ，Δxb＝0，Δxc＝λ.所以a、b、c三點(diǎn)都加強(qiáng)．6．在學(xué)校運(yùn)動(dòng)場上50m直跑道的兩端，分別安裝了由同一信號(hào)發(fā)生器帶動(dòng)的兩個(gè)相同的揚(yáng)聲器．兩個(gè)揚(yáng)聲器連續(xù)發(fā)出波長為5m的聲波．一同學(xué)從該跑道的中點(diǎn)動(dòng)身，向某一端點(diǎn)緩慢行進(jìn)10m．在此過程中，他聽到揚(yáng)聲器聲音由強(qiáng)變?nèi)醯拇螖?shù)為()A．2 B．4C．6 D．8解析：選B.依據(jù)波的干涉的加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的條件，可知當(dāng)某點(diǎn)與兩個(gè)波源距離差為波長的整數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，即聲音加強(qiáng)點(diǎn)，由題可知，Δx＝nλ＝5n(n＝0，1，2…)，所以這位同學(xué)距離跑道兩端相差5m的整數(shù)倍，也就是說這位同學(xué)每向前運(yùn)動(dòng)2.5m，就為一個(gè)聲音加強(qiáng)點(diǎn)，10m內(nèi)共有4個(gè)點(diǎn)，故選B.二、多項(xiàng)選擇題7．下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象B．對(duì)同一列波，縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯C．只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D．聲波簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大解析：選ABD.衍射是一切波的特有的現(xiàn)象，波發(fā)生衍射的條件是：孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長相比差不多或者比波長更小，但假如孔、縫的寬度或障礙物的尺寸比波長大得多時(shí)，就不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，A、B正確，C錯(cuò)誤；聲波簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較長，故D正確．8．當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí)，假如兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，則()A．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的B．質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C．質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大D．質(zhì)點(diǎn)P的周期最大解析：選AB.P點(diǎn)為波峰與波峰疊加，為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振動(dòng)始終加強(qiáng)，振幅最大．位移在改變，有時(shí)為零，有時(shí)處于最大．故A、B正確，C錯(cuò)誤．質(zhì)點(diǎn)P的周期不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．9．如圖所示，實(shí)線與虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷．此刻，M是波峰與波峰的相遇點(diǎn)，下列說法中正確的是()A．該時(shí)刻位于O處的質(zhì)點(diǎn)正處于平衡位置B．P、N兩處的質(zhì)點(diǎn)始終處在平衡位置C．隨著時(shí)間的推移，M處的質(zhì)點(diǎn)將向O處移動(dòng)D．從該時(shí)刻起，經(jīng)過四分之一周期，M處的質(zhì)點(diǎn)到達(dá)平衡位置，此時(shí)位移為零解析：選BD.由圖知O點(diǎn)是波谷和波谷疊加，是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，A錯(cuò)誤；P、N兩點(diǎn)是波谷和波峰疊加，由于振幅相同，位移始終為零，即處于平衡位置，B正確；振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)只是在各自的平衡位置旁邊振動(dòng)，不會(huì)“隨波遷移”，C錯(cuò)誤；從該時(shí)刻起，經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置，位移為零，D正確．10．如圖所示，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，兩波源分別位于x＝－1.0m和x＝5.0m處，兩列波的速率均為v＝2m/s，兩波源的振幅均為A＝2cm.圖示為t＝0時(shí)刻兩列波的圖象(傳播方向如圖所示)，此刻平衡位置處于x＝1.0m和x＝3.0m的M、N兩質(zhì)點(diǎn)剛起先振動(dòng)．質(zhì)點(diǎn)P、Q的平衡位置分別處于x＝2.0m和x＝2.5m處，關(guān)于各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀況推斷正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)Q的起振方向沿y軸正方向B．t＝1.25s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)M的位移為－4cmC．兩列波能發(fā)生干涉，發(fā)生干涉后質(zhì)點(diǎn)P為振動(dòng)減弱點(diǎn)D．兩列波能發(fā)生干涉，發(fā)生干涉后質(zhì)點(diǎn)Q為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)解析：選ACD.M、N點(diǎn)剛起振，由同側(cè)法可知，M點(diǎn)向下振動(dòng)，N點(diǎn)向上振動(dòng)，即兩列波的起振方向相反．由兩列波的傳播速度相等，Q距N點(diǎn)近，故N點(diǎn)的振動(dòng)形式先傳播到Q點(diǎn)，故Q點(diǎn)的起振方向與N點(diǎn)的起振方向相同，起振時(shí)沿y軸向上，A對(duì)；M點(diǎn)距兩波源的距離差值為一個(gè)波長，因兩列波的起振方向相反，故M點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，兩列波的振幅相同，故M點(diǎn)的位移始終為零，B錯(cuò)；同理可推斷P為振動(dòng)減弱點(diǎn)，Q為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，C、D對(duì)．三、非選擇題11．兩列簡諧波頻率相等，波速大小相等，分別沿＋x和－x傳播，則圖中x＝1、2、3、4、5、6、7、8各點(diǎn)中振幅最大的是x＝________的點(diǎn)，振幅最小的是x＝________的點(diǎn)．解析：兩波頻率相等，疊加發(fā)生干涉，x＝2、6的兩點(diǎn)振動(dòng)總相反，此為波峰與波谷相遇，振動(dòng)減弱，振幅最??；x＝4的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)位于平衡位置，但兩列波在該點(diǎn)引起的振動(dòng)均沿y軸正向，則此時(shí)x＝4的質(zhì)點(diǎn)向y軸正向振動(dòng)，T/4后兩列波在該處均形成波峰，振幅為兩波振幅之和，是加強(qiáng)區(qū)，振幅最大，同理x＝8的質(zhì)點(diǎn)此時(shí)沿y軸負(fù)向振動(dòng)，T/4后為兩列波的波谷、波谷相遇處，也是加強(qiáng)區(qū)，則振幅最大的質(zhì)點(diǎn)為x＝4、8的質(zhì)點(diǎn)．答案：4和82和612．有頻率相同、振動(dòng)方向相同的兩個(gè)聲源S1和S2，如圖所示．一人站在聲源北方的A點(diǎn)，此人此時(shí)聽到的聲音很響，這個(gè)人向東漸漸移動(dòng)，聲音漸漸減弱，到B點(diǎn)時(shí)幾乎聽不到聲音，測得A、B間距離為1.5m．則：(1)S1、S2聲波的波長λ為多少？(2)若此人由B點(diǎn)再向正南方向移動(dòng)，聲音漸漸變響，那么，此人沿正南方向至少走多遠(yuǎn)，聲音又變得很響？解析：(1)依題意，A在S1S2的中垂線上，S1A＝S2A，此點(diǎn)為聲波疊加振動(dòng)加強(qiáng)處，走到B點(diǎn)幾乎聽不到聲音，B點(diǎn)是聲波疊加振動(dòng)減弱處，則S1B－S2B＝eq\f(λ,2)由幾何關(guān)系S1B＝5m，λ＝2m.(2)設(shè)人沿BS2走到C點(diǎn)，振動(dòng)又一次加強(qiáng)．S1C－S2C＝2m，S2C2＝(S2C＋2)2－S1Seq\o\al(2,2)得S2C＝1.25m，BC＝BS2－S2C＝(4－1.25)m＝2.75m．答案：(1)2m(2)2.75m13.如圖所示，S1、S2是兩個(gè)同向的相干波源，相距4m，激起兩列相干波的波長為λ＝2m，則在以S1、S2連線為半徑、S2為圓心的圓周上共有幾處振動(dòng)最弱的點(diǎn)？解析：兩列