高中物理人教版4第十二章機(jī)械波4波的衍射和干涉 課時(shí)訓(xùn)練9波的衍射和干涉

課時(shí)訓(xùn)練9波的衍射和干涉題組一波的衍射1.有一障礙物的寬度為10m,下列衍射現(xiàn)象最明顯的是()A.波長(zhǎng)為40m的波B.波長(zhǎng)為m的波C.頻率為40Hz的聲波(聲速v=340m/s)D.頻率為5000MHz的電磁波(波速v=×108m/s)解析:題中幾列波的波長(zhǎng)分別是λA=40m,λB=m,λC=m=m,λD=m=m,由波發(fā)生明顯衍射的條件知,λA=40m大于障礙物的尺寸,而其余波長(zhǎng)都小于障礙物的尺寸,故正確選項(xiàng)為A。答案:A2.一列波在傳播過程中通過一個(gè)障礙物,發(fā)生了一定程度的衍射,以下哪種情況使衍射現(xiàn)象更明顯()A.增大障礙物的尺寸,同時(shí)增大波的頻率B.增大障礙物的尺寸,同時(shí)減小波的頻率C.縮小障礙物的尺寸,同時(shí)增大波的頻率D.縮小障礙物的尺寸,同時(shí)減小波的頻率解析:波在介質(zhì)中傳播時(shí)波速是由介質(zhì)決定的,與波的頻率無(wú)關(guān),所以改變波的頻率不會(huì)改變波速,但由v=λf可知,當(dāng)波速一定時(shí),減小頻率則波長(zhǎng)增大,而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)相差不多,所以縮小障礙物的尺寸,同時(shí)減小波的頻率會(huì)使衍射現(xiàn)象更明顯,D選項(xiàng)正確。故正確選項(xiàng)為D。答案:D題組二波的疊加3.(多選)下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說法正確的是()A.相遇后,振幅小的一列波將減弱,振幅大的一列波將加強(qiáng)B.相遇后,兩列波的振動(dòng)情況與相遇前完全相同C.在相遇區(qū)域,任一點(diǎn)的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和D.幾個(gè)人在同一房間說話,相互間聽得清楚,這說明聲波在相遇時(shí)互不干擾解析:兩列波相遇時(shí),每一列波引起的振動(dòng)情況都保持不變,而質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)則是兩列波共同作用的結(jié)果,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B、C選項(xiàng)正確。幾個(gè)人在同一房間說話,聲帶振動(dòng)發(fā)出的聲波在空間中相互疊加后,不改變每列波的振幅、頻率,所以聲波傳到人的耳朵后,仍能分辨出不同的人所說的話,故D選項(xiàng)正確。答案:BCD4.兩列簡(jiǎn)諧波沿x軸相向而行,波速均為v=m/s,兩波源分別位于A、B處,t=0時(shí)的波形如圖所示。當(dāng)t=s時(shí),M點(diǎn)的位移為cm,N點(diǎn)的位移為cm。

解析:本題考查波的形成與傳播、波的疊加。由圖可看出波源A的波長(zhǎng)為λA=m,波源B的波長(zhǎng)為λB=m,在s時(shí)間內(nèi)兩列波分別向左和向右傳播的距離均為Δx=vΔt=1m。如圖所示,將兩列波向左和向右分別平移Δx=1m的距離,得到t=s時(shí)刻的兩列波形圖,顯然此時(shí)波A使M質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向上振動(dòng),而波B使M質(zhì)點(diǎn)處于波谷位置,故M質(zhì)點(diǎn)的位移疊加后為2cm。波A使N質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向上振動(dòng),而波B使N質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向上振動(dòng),故N質(zhì)點(diǎn)的位移疊加后為0cm。答案:205.(多選)兩個(gè)不等幅的脈沖波在均勻介質(zhì)中均以m/s的速率沿同一直線相向傳播,t=0時(shí)刻的圖形如圖所示,下圖中小方格的邊長(zhǎng)為m,則以下不同時(shí)刻,波形正確的是()解析:脈沖波在介質(zhì)中傳播,x=vt,當(dāng)t=s時(shí),兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播m,恰好相遇,故A正確。當(dāng)t=s、s、s時(shí),兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播m、m、m,由波的疊加原理知B、D正確,C錯(cuò)誤。答案:ABD題組三波的干涉6.(多選)在空氣中的同一區(qū)域內(nèi),兩列聲波波源的振動(dòng)情況如圖所示,可以肯定的是()波源的頻率為b波源頻率的2倍波的波長(zhǎng)為b波波長(zhǎng)的2倍、b兩列波疊加能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉D.通過同一狹縫,a波的衍射效果比b波明顯解析:由波的圖象可以看出,a波的周期是b波的2倍,因?yàn)椴ㄋ傧嗟?同一介質(zhì)),所以a波的波長(zhǎng)是b波的2倍。由波速公式v=λf可知a波的頻率等于b波的一半。故A錯(cuò)而B正確;兩列波相干的條件是頻率必須相等,可知a、b兩列波不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉;波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯,故D選項(xiàng)正確。答案:BD7.(多選)當(dāng)兩列振動(dòng)情況完全相同的水波發(fā)生干涉時(shí),如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇,下列說法正確的是()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的位移有時(shí)為零解析:在穩(wěn)定干涉情況下,兩列波波峰在P點(diǎn)相遇說明P點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),因此P點(diǎn)到兩波源的波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍,所以A、B項(xiàng)對(duì)。但質(zhì)點(diǎn)位移是兩列波引起位移的矢量和,它隨時(shí)間周期性變化。所以C錯(cuò),D對(duì)。答案:ABD8.兩列簡(jiǎn)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,此為峰谷相遇,振動(dòng)減弱,振幅最小;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),后兩對(duì)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),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6(建議用時(shí):30分鐘)1.利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖a、b所示,則()A.圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象B.圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象C.圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象,圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象D.圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象解析:由波的干涉和衍射概念,圖a是一列波的傳播,顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖b是兩列波的傳播,顯示了衍射干涉現(xiàn)象。答案:D2.(多選)“聞其聲不見其人”是因?yàn)橐话阏系K物的尺寸()A.可以跟聲波波長(zhǎng)相比較,使聲波發(fā)生明顯衍射B.比聲波波長(zhǎng)大得多,聲波不能發(fā)生衍射C.可以跟光波波長(zhǎng)相比較,使光波也發(fā)生衍射D.比光波波長(zhǎng)大得多,光波不能發(fā)生明顯衍射解析:發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件為障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或與波長(zhǎng)相差不多。由于聲波波長(zhǎng)大,能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,而光波波長(zhǎng)太小,故遇到常見物體或人時(shí),不能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,故選A、D。答案:AD3.(多選)如圖甲所示,沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長(zhǎng)均相等,當(dāng)它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是圖乙所示的()甲乙解析:當(dāng)兩列波的前半個(gè)波形(或后半個(gè)波形)相遇時(shí),根據(jù)波的疊加原理,在前半個(gè)波形(或后半個(gè)波形)重疊的區(qū)域內(nèi)所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零,而兩列波的后半個(gè)波形(或前半個(gè)波形)保持不變,B正確。當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)(即重疊在一起),由波的疊加原理可知,所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和,使得所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍,C正確。答案:BC4.兩列波相疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,那么()A.兩列波的頻率不一定相同B.振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)都在波峰上C.振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng),振動(dòng)減弱的區(qū)域始終減弱D.振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域不斷周期性地交換位置解析:兩列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件是兩列波的頻率相同且相位差恒定,故A錯(cuò);且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng),振動(dòng)減弱區(qū)始終減弱,形成穩(wěn)定的干涉圖樣,C對(duì),D錯(cuò);振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)振幅最大,它們也在自己的平衡位置附近振動(dòng),并不是只在波峰上,B錯(cuò)。答案:C5.(多選)關(guān)于干涉和衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是()A.兩列波在介質(zhì)中疊加,一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.因衍射是波特有的特征,所以波遇到障礙物時(shí)一定能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象C.疊加規(guī)律適用于一切波D.只有頻率相同的兩列波疊加才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象解析:頻率相同是干涉的必要條件,A錯(cuò),D對(duì);一切波在任何條件下都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,但只有障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相差不多,或比波長(zhǎng)小時(shí),衍射現(xiàn)象才最明顯,B錯(cuò);波的疊加沒有條件,C對(duì)。答案:CD6.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)線表示某一時(shí)刻的波峰位置,虛線表示波谷位置,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()、b點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),c、d點(diǎn)振動(dòng)減弱、c點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),b、d點(diǎn)振動(dòng)減弱、d點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),b、c點(diǎn)振動(dòng)減弱、b、c、d點(diǎn)的振動(dòng)都加強(qiáng)解析: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,一條減弱線……加強(qiáng)線、減弱線彼此相間的穩(wěn)定的干涉圖樣,在圖中設(shè)定A、B、C、D四點(diǎn),實(shí)線相交點(diǎn),即波峰與波峰相遇,都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),可知BD決定的直線為加強(qiáng)線,過A、C的平行BD直線的兩條直線也應(yīng)是加強(qiáng)線。a、c兩點(diǎn)在BD直線上,故a、c兩點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),分別過b、d點(diǎn)且平行于BD直線的兩條直線均在兩加強(qiáng)線之間,應(yīng)為減弱線,故b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)是減弱點(diǎn)。答案:B7.在空曠的廣場(chǎng)上有一堵較高的墻MN,墻的一側(cè)O點(diǎn)有一個(gè)正在播放男女聲合唱歌曲的聲源,某人從圖中的A點(diǎn)走到墻后的B點(diǎn)。在此過程中,如果從聲波的衍射來考慮,則會(huì)聽到()A.聲音變響亮,男聲比女聲更響B(tài).聲音變響亮,女聲比男聲更響C.聲音變?nèi)?男聲比女聲更弱D.聲音變?nèi)?女聲比男聲更弱解析:男聲頻率較低,在空氣中的聲波波長(zhǎng)較長(zhǎng),女聲頻率較高,在空氣中的聲波波長(zhǎng)較短,所以男聲比女聲更容易發(fā)生衍射,故D選項(xiàng)正確。答案:D8.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體的過程中都發(fā)出噪聲,干涉型消聲器可以用來削弱高速氣流產(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)生的波長(zhǎng)為λ的聲波沿水平管道自左向右傳播。在聲波到達(dá)a處時(shí),分成兩束相干波,它們分別通過r1和r2的路程,再在b處相遇,即可達(dá)到削弱噪聲的目的。若Δr=r2-r1,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)倍解析:要達(dá)到削弱噪聲的目的,則波程差應(yīng)等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,從而保證分成兩束的相干波疊加后減弱。答案:C9.如果房間外面很嘈雜,你的房門大開,會(huì)吵得你心煩意亂。關(guān)上房門,房間就安靜了。如果你沒有把房門關(guān)嚴(yán),而是留了一條縫,試分析結(jié)果會(huì)怎樣呢?答案:若房門留了一條縫,房間外的聲音照樣能進(jìn)入房間。因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL(zhǎng)比門縫的尺寸要大得多,故能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,房?jī)?nèi)的人能聽見嘈雜聲。10.如圖為某一報(bào)告廳主席臺(tái)的平面圖,AB是講臺(tái),S1、S2是與講臺(tái)上話筒等高的喇叭,它們之間的相互位置和尺寸如圖所示。報(bào)告者的聲音放大后經(jīng)喇叭傳回話筒再次放大時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生嘯叫。為了避免嘯叫,話筒最好擺放在講臺(tái)上適當(dāng)?shù)奈恢?在這些位置上兩個(gè)喇叭傳來的聲音因干涉而相消。已知空氣中聲速為340m/s,若報(bào)告人聲音的頻率為136Hz,問講臺(tái)上這樣的位置