新教材2024-2025學(xué)年高中物理第3章機(jī)械波第3節(jié)波的干涉和衍射分層作業(yè)魯科版選擇性必修第一冊(cè)

第3節(jié)波的干涉和衍射A級(jí)必備學(xué)問(wèn)基礎(chǔ)練1.如圖所示,水面上有A、B兩個(gè)振動(dòng)狀況完全相同的振源,在AB連線的中垂線上有a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)。已知某時(shí)刻,a質(zhì)點(diǎn)處是兩列波的波峰的相遇點(diǎn),c質(zhì)點(diǎn)處是與a質(zhì)點(diǎn)處波峰相鄰的兩列波的波谷的相遇點(diǎn),b質(zhì)點(diǎn)處為a、c兩質(zhì)點(diǎn)所在處的中點(diǎn),則下列說(shuō)法正確的是()A.a質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),c質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)B.a質(zhì)點(diǎn)與c質(zhì)點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),b質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)C.a質(zhì)點(diǎn)與c質(zhì)點(diǎn)此時(shí)刻是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變成振動(dòng)減弱點(diǎn),而b質(zhì)點(diǎn)可能變成振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D.a、b、c質(zhì)點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)2.一個(gè)波源在繩的左端發(fā)出半個(gè)波①,頻率為f1,振幅為A1;同時(shí)另一個(gè)波源在繩的右端發(fā)出半個(gè)波②,頻率為f2,振幅為A2,P為兩波源的中點(diǎn),由圖可知,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.兩列波同時(shí)到達(dá)兩波源的中點(diǎn)PB.兩列波相遇后,P點(diǎn)波峰值可達(dá)A1+A2C.兩列波相遇時(shí),各自仍保持原來(lái)的波形獨(dú)立傳播D.兩列波相遇時(shí),繩上波峰可達(dá)A1+A2的點(diǎn)只有一個(gè),此點(diǎn)在P點(diǎn)的左側(cè)3.(2024海南瓊海高二期末)水面上兩列頻率相同的波在某時(shí)刻的疊加狀況如圖所示,以波源S1、S2為圓心的兩組同心圓弧分別表示同一時(shí)刻兩列波的波峰(實(shí)線)和波谷(虛線),S1的振幅A1=4cm,S2的振幅A2=3cm,則下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)點(diǎn)D是振動(dòng)減弱點(diǎn)B.質(zhì)點(diǎn)A、D在該時(shí)刻的高度差為14cmC.再過(guò)半個(gè)周期,質(zhì)點(diǎn)B是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D.質(zhì)點(diǎn)C的振幅為04.(2024江西南昌高二開(kāi)學(xué)考試)如圖所示,S為水面上一波源,M、N是兩塊擋板,其中M板固定,N板可左右移動(dòng),兩板中間有一狹縫,此時(shí)視察不到A點(diǎn)振動(dòng),為了能視察到A點(diǎn)的振動(dòng),可采納的方法是()A.將N板向右移 B.將S向左移C.減小波源的頻率 D.增大波源的振幅5.(多選)簡(jiǎn)諧橫波a沿x軸正方向傳播,簡(jiǎn)諧橫波b沿x軸負(fù)方向傳播,波速都是10m/s,兩列波的波源振動(dòng)方向都平行于y軸,且相位差不變,t=0時(shí),這兩列波的波形如圖所示,則下列說(shuō)法正確的是()A.簡(jiǎn)諧橫波a、b的周期均為4sB.x=2m處振動(dòng)加強(qiáng),x=3m處振動(dòng)減弱C.平衡位置在x=2m處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程為y=3sin(5πt)cmD.平衡位置在x=3m處的質(zhì)點(diǎn)在0~1s內(nèi)通過(guò)的路程為10cm6.在學(xué)校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(zhǎng)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(guò)程中,他聽(tīng)到揚(yáng)聲器聲音由強(qiáng)變?nèi)醯拇螖?shù)為次。

B級(jí)關(guān)鍵實(shí)力提升練7.(2024江西銅鼓中學(xué)高二模擬)消退噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境愛(ài)護(hù)的一個(gè)重要課題。如圖所示的消聲器可以用來(lái)減弱高速氣流產(chǎn)生的噪聲。波長(zhǎng)分別為0.6m和1.0m的兩列聲波沿水平管道自左向右傳播,在聲波到達(dá)A處時(shí),分成兩列波,這兩列波在B處相遇時(shí),消聲器對(duì)這兩列波都達(dá)到了良好的消聲效果。消聲器消退噪聲的工作原理及A、B兩點(diǎn)間彎管與直管中聲波的路程差至少為()A.波的衍射,1.5mB.波的干涉,1.5mC.波的衍射,3mD.波的干涉,3m8.(2024全國(guó)乙卷)介質(zhì)中平衡位置在同一水平面上的兩個(gè)點(diǎn)波源S1和S2,二者做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅相等,周期均為0.8s。當(dāng)S1過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),S2也過(guò)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)。若波速為5m/s,則由S1和S2發(fā)出的簡(jiǎn)諧橫波的波長(zhǎng)均為m。P為波源平衡位置所在水平面上的一點(diǎn),與S1、S2平衡位置的距離均為10m,則兩波在P點(diǎn)引起的振動(dòng)總是相互(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)的;當(dāng)S1恰好在平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),平衡位置在P處的質(zhì)點(diǎn)(選填“向上”或“向下”)運(yùn)動(dòng)。

9.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)若實(shí)線和虛線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)加強(qiáng),哪些點(diǎn)振動(dòng)減弱?10.如圖所示,在x軸上A、B為振動(dòng)狀況相同的波源,同時(shí)向同一方向振動(dòng),相距3m,振幅為0.05m,兩列波波長(zhǎng)都為2m,問(wèn):(1)x軸上坐標(biāo)為1.0m、1.5m、2.0m、2.5m處質(zhì)點(diǎn)的振幅各是多少?(2)若波速為5m/s,則2.5m處的質(zhì)點(diǎn)F在0.8s內(nèi)通過(guò)的路程為多少?

參考答案第3節(jié)波的干涉和衍射1.D在AB的垂直平分線上的全部的點(diǎn)到A、B的路程差都等于0,因此都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),故選項(xiàng)D正確。2.B因兩列波在同一介質(zhì)(繩)中傳播,所以波速相同,由圖可知λ1>λ2,說(shuō)明它們的波峰離P點(diǎn)距離不等,波同時(shí)傳至P點(diǎn),但波峰不會(huì)同時(shí)到P點(diǎn),所以P點(diǎn)波峰值小于A1+A2,兩列波波峰能同時(shí)傳到的點(diǎn)應(yīng)在P點(diǎn)左側(cè),故選項(xiàng)A、D正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;又由于波具有獨(dú)立性,互不干擾,故選項(xiàng)C正確。3.B由題圖可知,質(zhì)點(diǎn)D處為兩波谷相遇,是加強(qiáng)點(diǎn),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;此時(shí)質(zhì)點(diǎn)A在加強(qiáng)后的最高點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)D在加強(qiáng)后的最低點(diǎn),由疊加關(guān)系可知質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的高度差為14cm,選項(xiàng)B正確;質(zhì)點(diǎn)B是振動(dòng)減弱點(diǎn),由于兩波的頻率相等,疊加后會(huì)形成穩(wěn)定的干涉圖樣,所以加強(qiáng)點(diǎn)始終是加強(qiáng)點(diǎn),減弱點(diǎn)始終是減弱點(diǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)C為減弱點(diǎn),振幅為兩振幅之差,為1cm,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.C當(dāng)縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多,或比波長(zhǎng)更小時(shí)會(huì)發(fā)生明顯衍射,所以為了能視察到A點(diǎn)的振動(dòng),則可以減小縫的寬度(即將N板向左移),故A錯(cuò)誤;增大波長(zhǎng),即減小波源的頻率,也可使縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多,或比波長(zhǎng)更小,從而發(fā)生明顯衍射以能視察到A點(diǎn)的振動(dòng),故C正確;移動(dòng)S或增大波源的振幅并不能變更縫的尺寸或增大波長(zhǎng),從而不會(huì)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,不能視察到A點(diǎn)的振動(dòng),故B、D錯(cuò)誤。5.BCD由題圖可知,兩列波的波長(zhǎng)均為4m,依據(jù)波速公式可得T=λv=0.4s,故A錯(cuò)誤;兩列波的頻率相同,振動(dòng)方向相同,相位差不變,所以這兩列波是相干波,經(jīng)分析可知,x=2m處振動(dòng)加強(qiáng),該處質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅A1=3cm,周期T=0.4s,故振動(dòng)方程為y=A1sin2πTt=3sin(5πt)cm,x=3m處振動(dòng)減弱,該處質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅A2=1cm,周期T=0.4s,則在0~1s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路程s=ΔtT6.解析依據(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(zhǎng)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)。設(shè)距中點(diǎn)x處為加強(qiáng)點(diǎn),則Δx=(25+x)-(25-x)=2x=5n,即x=2.5n(n=0,1,2,…),所以這位同學(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)聲音由強(qiáng)變?nèi)醯拇螖?shù)為4次。答案47.B這兩列波在B處相遇時(shí)疊加,消聲器對(duì)這兩列波都達(dá)到了良好的消聲效果,這是利用了波的干涉;兩列頻率相同的波相遇時(shí),假如路程差滿意半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,就可以在B處出現(xiàn)振動(dòng)減弱,從而達(dá)到消聲的效果,要使兩列波都達(dá)到消聲的效果,需滿意Δs=(2n+1)0.62m=(2m+1)1.02m,解得n=2,m=1時(shí),A、8.解析因周期T=0.8s,波速為v=5m/s,則波長(zhǎng)為λ=vT=4m;因兩波源到P點(diǎn)的距離之差為零,且兩波源振動(dòng)方向相同,則P點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)的;因P與S1平衡位置的距離為10m,即2.5λ,則當(dāng)S1恰好在平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí),平衡位置在P點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)。答案4加強(qiáng)向下9.解析(1)只打開(kāi)S2時(shí),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,于是水面波在狹縫S2處發(fā)生衍射現(xiàn)象,水面波以狹縫S2所在處為波源向擋板另一側(cè)傳播開(kāi)來(lái)。(2)由于SS1=SS2,所以從波源發(fā)出的水波傳播到S1、S2處時(shí)它們的振動(dòng)狀況完全相同。當(dāng)S1、S2都打開(kāi)時(shí)產(chǎn)生相干波,它們?cè)诳臻g相遇時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,一些地方振動(dòng)加強(qiáng),一些地方振動(dòng)減弱,加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互隔開(kāi),發(fā)生干涉現(xiàn)象。(3)質(zhì)點(diǎn)D是波峰與波峰相遇處,是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn);質(zhì)點(diǎn)B是波谷與波谷相遇處,也是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)A、C是波峰與波谷相遇的地方,這兩點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)。答案(1)水面波以狹縫S2所在處為波源向擋板另一側(cè)傳播開(kāi)來(lái)(2)發(fā)生干涉現(xiàn)象(3)B、D振動(dòng)加強(qiáng)A、C振動(dòng)減弱10.解析兩個(gè)波源頻率相同,振動(dòng)狀況也完全相同(指振動(dòng)步調(diào)相同),在傳播過(guò)程中,出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣,某些區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)總是加強(qiáng)或總是減弱,介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱取決于該點(diǎn)到兩波源的路程差Δx。假如路程差為波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍,該點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)的;假如路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,該點(diǎn)的振動(dòng)是減弱的,若兩波源的振幅相等,則這些質(zhì)點(diǎn)的振幅為零。(1)C點(diǎn)和E點(diǎn)到A、B的路程差ΔxC=(2.0-1.0)m=1.0m=12λ,ΔxE=(2.0-1.0)m=1.0m=12λ,即C、E兩點(diǎn)的振動(dòng)是減弱的,兩列波在這兩點(diǎn)引起的振動(dòng)方向總是相反,所以C、D點(diǎn)和F點(diǎn)到A、B的路程差分別為ΔxD