新教材2025版高中物理第三章機(jī)械波4.波的干涉學(xué)生用書新人教版選擇性必修第一冊(cè)

4.波的干涉新課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.通過試驗(yàn)，了解波的干涉現(xiàn)象2．知道波的干涉圖樣的特點(diǎn)，理解振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)與振動(dòng)減弱點(diǎn)物理觀念知道波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象科學(xué)思維理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，知道干涉是波特有的現(xiàn)象必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、波的疊加原理幾列波相遇時(shí)能夠________各自的運(yùn)動(dòng)特征，接著傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)________參加這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的________．二、波的干涉1．定義：頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振動(dòng)總是加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)總是減弱，這種現(xiàn)象叫作波的干涉(interference)．形成的這種穩(wěn)定圖樣叫作干涉圖樣．2．干涉條件：頻率________、相位差________、振動(dòng)方向________．3．干涉的普遍性：一切波都能夠發(fā)生干涉，干涉是波________的現(xiàn)象．【思索辨析】推斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”．(1)在操場(chǎng)上不同位置聽到學(xué)校同一喇叭的聲音大小不同，是聲波的干涉現(xiàn)象．()(2)兩個(gè)人一起說話，不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象()情境思索：如圖所示，操場(chǎng)中兩根豎直桿上各有一個(gè)揚(yáng)聲器，接在同一擴(kuò)音機(jī)上，一位同學(xué)沿著AB方向走來．(1)他聽到的聲音會(huì)有什么改變？(2)這屬于什么物理現(xiàn)象？提示：(1)聲音忽強(qiáng)忽弱．(2)聲波的干涉現(xiàn)象．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一波的疊加探究總結(jié)1.波的傳播具有獨(dú)立性與疊加性，即幾列波在相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接著傳播，在重疊區(qū)域，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播的位移的矢量和．2．波的疊加中位移改變波在疊加時(shí)由于總位移是兩個(gè)位移的矢量和，所以疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的總位移可能是兩位移相加，也可能是兩位移相減．典例示范例1波源甲、乙分別在一根水平放置的繩的左右兩端，兩波源發(fā)出的波在繩中的傳播速度均是1m/s，在t＝0時(shí)刻繩上的波形如圖中(a)所示，則依據(jù)波的疊加原理，以下敘述中正確的是()A．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖①所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖②所示B．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖①所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖③所示C．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖②所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖①所示D．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖②所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖③所示課堂筆記針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖所示，兩位學(xué)生課外探討簡(jiǎn)諧繩波的特點(diǎn)，P1、P2是處于繩波兩端的兩個(gè)波源，波源的振動(dòng)頻率均為f，振幅均為Y，某時(shí)刻P1發(fā)出的波恰好傳到c，P2發(fā)出的波恰好傳到a，圖中只畫出了此時(shí)刻兩列波在ac部分疊加波形，P1、a間和P2、c間的波形沒有畫出．下列說法正確的是()A．a(chǎn)、b、c三點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)B．a(chǎn)、c是振動(dòng)減弱點(diǎn)，b是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，振幅為2YC．再經(jīng)過12f時(shí)間，bD．再經(jīng)過14f時(shí)間，ac探究點(diǎn)二波的干涉探究總結(jié)1.波的干涉與衍射的區(qū)分：(1)現(xiàn)象：干涉是兩列頻率相同的波，在相遇處疊加后，有些地方振動(dòng)加強(qiáng)，有些地方振動(dòng)減弱；衍射是波繞過障礙物接著傳播的現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：干涉的條件是頻率相同，相位差恒定；發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物的尺寸小于或等于波長(zhǎng)．2．波的干涉與衍射的聯(lián)系：(1)干涉與衍射都是波的疊加，都是空間明暗不勻稱的現(xiàn)象．干涉離不開衍射．而在衍射試驗(yàn)中也?？吹礁缮娆F(xiàn)象．干涉和衍射現(xiàn)象是同時(shí)存在的．(2)干涉和衍射都是波特有的現(xiàn)象．3．振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的理解：不能認(rèn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終最大，振動(dòng)減弱點(diǎn)的位移始終最小，而應(yīng)當(dāng)是振幅最大的點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，其實(shí)這些點(diǎn)也在振動(dòng)著，位移可為零；振幅最小的點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)．典例示范例2[2024·浙江杭州期末]下列關(guān)于波的干涉和衍射的說法中，正確的是()A．兩列波在相遇的區(qū)域內(nèi)，肯定能發(fā)生干涉現(xiàn)象B．頻率不同的兩列波疊加時(shí)，也可能發(fā)生干涉現(xiàn)象C．只要是波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象D．波長(zhǎng)比障礙物或孔的寬度大得多時(shí)，衍射不明顯課堂筆記針對(duì)訓(xùn)練2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)象例3如圖是水面上兩列頻率相同的波在某時(shí)刻的疊加狀況，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.下列說法正確的是()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．再過半個(gè)周期，質(zhì)點(diǎn)B、C是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D．質(zhì)點(diǎn)C的振幅為7cm課堂筆記例4如圖所示，在坐標(biāo)原點(diǎn)O和x＝3m的A點(diǎn)有兩個(gè)完全相同的振源，兩個(gè)振源發(fā)出的橫波波長(zhǎng)均為1m，在y軸正方向上除O點(diǎn)外的振動(dòng)加強(qiáng)的位置有()A．1處B．2處C．3處D．(2n＋1)處(n＝0，1，2…)課堂筆記思維方法振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)與振動(dòng)減弱點(diǎn)的推斷方法(1)條件推斷法：振動(dòng)狀況完全相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時(shí)，加強(qiáng)、減弱條件如下：設(shè)點(diǎn)到兩波源的路程差為Δr，當(dāng)Δr＝nλ(λ＝0，1，2，…)時(shí)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；當(dāng)Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，(2)現(xiàn)象推斷法：相干波源發(fā)出的兩列波在某點(diǎn)相遇，若該點(diǎn)在某時(shí)刻波峰與波峰(或波谷與波谷或同方向振動(dòng)的兩平衡位置)相遇，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；若波峰與波谷相遇，則為振動(dòng)減弱點(diǎn)．針對(duì)訓(xùn)練3(多選)如圖所示，空間同一平面內(nèi)有A、B、C三點(diǎn)，AB＝5m，BC＝4m，AC＝3m．A、C兩點(diǎn)處有完全相同的波源做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)頻率為1360Hz，波速為340m/s.下列說法正確的是()A．兩列波的波長(zhǎng)均為0.25mB．B、C間有8個(gè)振動(dòng)減弱的點(diǎn)C．B點(diǎn)的位移總是最大D．A、B間有7個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)課堂檢測(cè)·素養(yǎng)提升——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．(多選)如圖所示，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)的波形是圖中的()2．(多選)下列說法正確的是()A．隨意兩列波相遇時(shí)都會(huì)疊加B．隨意兩列波相遇都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象C．在振動(dòng)減弱的區(qū)域，各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷D．在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域，有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于零3.消退噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境愛護(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程中都發(fā)出噪聲，干涉型消聲器可以用來減弱高速氣流產(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，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r1和r2的路程，再在b處相遇，即可達(dá)到減弱噪聲的目的，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)λ2的奇數(shù)倍D．半波長(zhǎng)λ4．如圖所示，S是水波的波源，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)，試回答以下問題：(1)若閉上S1，只打開S2，會(huì)看到什么現(xiàn)象？(2)若S1、S2都打開，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)向上振動(dòng)最強(qiáng)，哪些點(diǎn)向下振動(dòng)最強(qiáng)，哪些點(diǎn)振動(dòng)最弱？4．波的干涉必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、保持同時(shí)矢量和二、2．相同恒定相同3．特有思索辨析答案：(1)×(2)√關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究點(diǎn)一【例1】【解析】依據(jù)波的疊加原理，由于波速度v＝1m/s，因此在t＝2s時(shí)，兩列波都傳到2、3之間，正好完全重疊，疊加后各質(zhì)點(diǎn)位移為0，如圖②所示；兩列波傳播時(shí)互不干擾，因此t＝4s時(shí)，都傳到了對(duì)方一側(cè)，如圖③所示．因此D正確，A、B、C錯(cuò)誤．故選D.【答案】D針對(duì)訓(xùn)練1解析：A對(duì)，B錯(cuò)：兩列波的頻率均為f，相遇后發(fā)生穩(wěn)定的干涉，a、b、c三點(diǎn)始終處于平衡位置，是振動(dòng)減弱點(diǎn)．C錯(cuò)：再經(jīng)過12f時(shí)間，即經(jīng)過半個(gè)周期，b處質(zhì)點(diǎn)仍處于平衡位置．D對(duì)：再經(jīng)過14f時(shí)間，即經(jīng)過四分之一周期，兩列繩波相互疊加，恰好抵消，答案：AD探究點(diǎn)二【例2】【解析】?jī)闪胁òl(fā)生干涉的條件是兩列波的頻率相同，故A、B錯(cuò)誤；衍射是波特有的現(xiàn)象，只有波才能發(fā)生衍射，故C正確；當(dāng)波長(zhǎng)比障礙物或孔的寬度大得多時(shí)，將發(fā)生明顯的衍射，故D錯(cuò)誤．【答案】C針對(duì)訓(xùn)練2解析：波繞過障礙物接著傳播的現(xiàn)象就是波的衍射現(xiàn)象，故圖a說明發(fā)生了明顯的衍射現(xiàn)象．頻率相同的兩列波相遇時(shí)，當(dāng)波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)振動(dòng)加強(qiáng)，當(dāng)波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)振動(dòng)減弱，使有的地方振動(dòng)加強(qiáng)有的地方振動(dòng)減弱，且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域交替出現(xiàn)，故圖b是發(fā)生了干涉現(xiàn)象．故D正確．答案：D【例3】【解析】A錯(cuò)：質(zhì)點(diǎn)D是波谷與波谷相遇點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)A是波峰與波峰相遇點(diǎn)，B、C兩點(diǎn)是波峰與波谷相遇點(diǎn)．則A、D兩點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，B、C兩點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)．B對(duì)：質(zhì)點(diǎn)A處于波峰疊加位置，相對(duì)平衡位置高度為7cm，質(zhì)點(diǎn)D處于波谷疊加位置，相對(duì)平衡位置高度為－7cm，因此質(zhì)點(diǎn)A、D在該時(shí)刻的高度差為14cm.C錯(cuò)：B、C兩點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，無論經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)B、C的振動(dòng)仍是減弱．D錯(cuò)：質(zhì)點(diǎn)C是波峰與波谷的疊加點(diǎn)，其振幅為1cm.【答案】B【例4】【解析】當(dāng)?shù)絻上嗤ㄔ吹穆烦滩钍遣ㄩL(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)．在y軸上滿意x2+y2－y＝nλ(n＝0，1，2…)的點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，則y＝可知n<3且n≠0，只有n＝1和n＝2的(0，4)，(0，1.25)兩點(diǎn)的振動(dòng)是加強(qiáng)的，故B正確．【答案】B針對(duì)訓(xùn)練3解析：A對(duì)：兩列波的波長(zhǎng)λ＝vf＝0.25m．B對(duì)：只要到兩波源的路程差為半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的點(diǎn)就是振動(dòng)減弱點(diǎn)，兩波源到BC上的點(diǎn)的路程差從1m＝4λ漸漸增大到3m＝12λ，因此在B、C間有8個(gè)振動(dòng)減弱的點(diǎn)．C錯(cuò)：B點(diǎn)到兩波源的路程差為1m，為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，處在振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)上，但只是振動(dòng)的振幅增大，不是隨意時(shí)刻位移都最大．D錯(cuò)：B點(diǎn)與兩波源的路程差為1m＝4λ，A點(diǎn)與兩波源的路程差為3m＝12λ，B到A之間還有一個(gè)路程差為零的點(diǎn)，所以A、B間與兩波源的路程差分別為3λ、…、0、λ、2λ、…、11λ答案：AB課堂檢測(cè)·素養(yǎng)提升1．解析：當(dāng)兩列波的前半個(gè)波(或后半個(gè)波)相遇時(shí)，依據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波(或后半個(gè)波)重疊的區(qū)域內(nèi)全部的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波(或前半個(gè)波)的波形保持不變，所以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，全部質(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，全部的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍，所以C正確．答案：BC2．解析：隨意兩列波相遇時(shí)都會(huì)產(chǎn)生疊加，相遇區(qū)里質(zhì)點(diǎn)的位移遵循矢量合成法則，只有頻率相同的兩列波相遇后才可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象．在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振幅等于兩列波振幅之和，使振動(dòng)加劇，這些質(zhì)點(diǎn)始終在振動(dòng)，自然會(huì)有某時(shí)刻的位移為零．同理，振動(dòng)減弱區(qū)域里，質(zhì)點(diǎn)的位移也有某時(shí)刻為零．A、D正確．答案：AD3．解析：聲波在a點(diǎn)分開時(shí)，形成了相位相同的相干波，要在b點(diǎn)“消噪”，則兩波在b點(diǎn)相遇時(shí)相位應(yīng)相反，故兩波由a到b的路程差應(yīng)為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍．答案：C4．解析：(1)只打開S2時(shí)，波源S產(chǎn)