新教材適用2023-2024學(xué)年高中物理第三章機(jī)械波5.波的干涉與衍射課后訓(xùn)練教科版選擇性必修第一冊

5.波的干涉與衍射課后訓(xùn)練鞏固提升基礎(chǔ)鞏固1.(多選)兩個(gè)不等幅的脈沖波在均勻介質(zhì)中均以1.0m/s的速率沿同一直線相向傳播,t=0時(shí)刻的波形如圖所示,圖中小方格的邊長為0.1m。則不同時(shí)刻的波形正確的是()答案:ABD解析:脈沖波在介質(zhì)中傳播,x=vt,當(dāng)t=0.3s時(shí),兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播0.3m,恰好相遇,故A正確。當(dāng)t=0.4s、0.5s、0.6s時(shí),兩脈沖波各沿波的傳播方向傳播0.4m、0.5m、0.6m,由波的疊加原理可知B、D正確,C錯(cuò)誤。2.如圖,P為橋墩,A為靠近橋墩漂浮的葉片,波源S連續(xù)振動(dòng),形成水波,此時(shí)葉片A靜止不動(dòng)。為使水波能帶動(dòng)葉片振動(dòng),可用的方法是()A.提高波源頻率B.提高波源周期C.減小波源距橋墩的距離D.增加波源距橋墩的距離答案:B解析:波源S連續(xù)振動(dòng),形成水波,水波中的質(zhì)點(diǎn)上下振動(dòng),形成的波向前傳播,提高拍打水面的頻率,則質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率增加,波的頻率與振動(dòng)的頻率相等,根據(jù)λ=vf,波速不變,頻率增大,波長減小,衍射現(xiàn)象不明顯,反之提高波源周期,降低頻率,波長增大,衍射現(xiàn)象更明顯。衍射現(xiàn)象與傳播距離無關(guān),增加或減小波源距橋墩的距離,不會(huì)影響衍射現(xiàn)象的發(fā)生,故A、C、D錯(cuò)誤,B3.(多選)如圖所示,一小型漁港的防波堤兩端MN相距約60m,在防波堤后A、B兩處有兩個(gè)小船進(jìn)港躲避風(fēng)浪。某次海嘯引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤傳播,下列說法正確的有()A.假設(shè)波浪的波長約為10m,則A、B兩處小船基本上不受波浪影響B(tài).假設(shè)波浪的波長約為10m,則A、B兩處小船明顯受到波浪影響C.假設(shè)波浪的波長約為50m,則A、B兩處小船基本上不受波浪影響D.假設(shè)波浪的波長約為50m,則A、B兩處小船明顯受到波浪影響答案:AD解析:A、B兩處小船明顯受到影響是因?yàn)樗òl(fā)生明顯的衍射,波浪能傳播到A、B處的結(jié)果,當(dāng)障礙物或縫隙的尺寸比波長小或跟波長差不多的時(shí)候,會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故A、D正確。4.右圖是t=0時(shí)刻簡諧橫波a與b的波形圖,其中a沿x軸正方向傳播,b沿x軸負(fù)方向傳播,波速都是10m/s,振動(dòng)方向都平行于y軸。下列選項(xiàng)畫出的是平衡位置在x=2m處的質(zhì)點(diǎn)從t=0開始在一個(gè)周期內(nèi)的振動(dòng)圖像,其中正確的是()答案:B解析:由題可知,兩列波的波速相等,波長相等,則頻率相等,能發(fā)生干涉。過14周期后,兩列波的波峰同時(shí)到達(dá)x=2m處的質(zhì)點(diǎn),則此質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)總是加強(qiáng),振幅為兩列波振幅之和,即為3cm。t=0時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)開始從平衡位置沿y軸正方向振動(dòng),所以B5.(改編題)如圖所示表示兩列同頻率相干水波在t=0時(shí)刻的疊加情況,圖中實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,已知兩列波的振幅均為2cm,波速為2m/s,波長為0.4m,E點(diǎn)是BD連線和AC連線的交點(diǎn),下列說法正確的是()A.A、E、C三點(diǎn)均是振動(dòng)減弱點(diǎn)B.D、E、B三點(diǎn)均是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)C.B、D兩點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差為4cmD.t=0.05s,E點(diǎn)離開平衡位置2cm答案:B解析:點(diǎn)A和點(diǎn)C均為波峰與波谷疊加,為振動(dòng)減弱點(diǎn)。B點(diǎn)是波峰與波峰疊加點(diǎn),D點(diǎn)是波谷與波谷疊加點(diǎn),即為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),則E點(diǎn)在振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)連線上,也是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),故A錯(cuò)誤,B正確;D點(diǎn)在該時(shí)刻波峰與波峰疊加,振動(dòng)加強(qiáng),偏離平衡位置的位移為4cm,B點(diǎn)在該時(shí)刻波谷與波谷疊加,振動(dòng)加強(qiáng),偏離平衡位置的位移為-4cm,則D、B兩點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差為8cm,故C錯(cuò)誤;波傳播的周期T=λv=0.42s=0.2s,再經(jīng)過t=0.05s時(shí),即為14個(gè)周期,E6.如圖所示,S是水面波的波源,xy是擋板,S1、S2是兩個(gè)狹縫(SS1=SS2),狹縫的尺寸比波長小得多,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)振動(dòng)最強(qiáng),哪些點(diǎn)振動(dòng)最弱?答案:見解析解析:(1)只打開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小得多,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處為波源向擋板另一側(cè)傳播開來。(2)因?yàn)镾S1=SS2,所以從波源發(fā)出的水面波傳播到S1、S2處時(shí)它們的振動(dòng)情況完全相同,當(dāng)S1、S2都打開時(shí)產(chǎn)生相干波,它們在空間相遇時(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)相互間隔開,產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。(3)質(zhì)點(diǎn)D是波峰與波峰相遇處,是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn);質(zhì)點(diǎn)B是波谷與波谷相遇處,也是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)A、C是波峰與波谷相遇的地方,這兩點(diǎn)振動(dòng)最弱。能力提升1.在水波槽里放兩塊擋板,中間留一窄縫,已知窄縫的寬度為0.5cm,所用水波的波長為5cm,則下圖所示的衍射圖樣正確的是()答案:C解析: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,故只有選項(xiàng)C正確。2.(原創(chuàng)題)如圖(a)所示,兩列振幅和波長都相同而傳播方向相反的波,在如圖(b)所示的某一時(shí)刻,兩列波“消失”,此時(shí)介質(zhì)中x、y兩質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是()(a)(b)A.x向下,y向上B.x向上,y向下C.x、y都向上D.x、y都靜止答案:A解析:由題圖看出,兩列波的波峰與波谷疊加,振動(dòng)減弱,兩波的振幅相等,所以如題圖(b)所示的時(shí)刻兩列波“消失”。根據(jù)波形平移法判斷可知,向右傳播的波單獨(dú)引起x的振動(dòng)方向向下,y的振動(dòng)方向向上,向左傳播的波單獨(dú)引起x的振動(dòng)方向向下,y的振動(dòng)方向向上,根據(jù)疊加原理可知,此時(shí)x質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是向下,y質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向是向上,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。3.下圖是利用水波槽觀察到的水波衍射圖像,從圖像可知()A.B側(cè)水波是衍射波B.A側(cè)波速與B側(cè)波速相等C.減小擋板間距離,衍射波的波長將減小D.增大擋板間距離,衍射現(xiàn)象將更明顯答案:B解析:B側(cè)水波在傳播過程中遇到帶有窄縫的擋板后發(fā)生衍射,A側(cè)水波是衍射波,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;同種機(jī)械波在相同介質(zhì)中的傳播速度相同,選項(xiàng)B正確;減小擋板間距離,衍射現(xiàn)象會(huì)更明顯,但是衍射波的波速不變,頻率不變,故波長不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因?yàn)橹挥挟?dāng)擋板間距離跟波長差不多,或者比波長更小時(shí),衍射現(xiàn)象才明顯,所以當(dāng)增大擋板間距離時(shí),衍射現(xiàn)象不會(huì)更明顯,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.(多選)兩列頻率相同、振幅均為A的簡諧橫波P、Q分別沿x軸正方向和x軸負(fù)方向在同一介質(zhì)中傳播,兩列波的振動(dòng)方向均沿y軸。某時(shí)刻兩波的波面如圖所示,實(shí)線表示P波的波峰、Q波的波谷;虛線表示P波的波谷、Q波的波峰。a、b、c為三個(gè)等距的質(zhì)點(diǎn),d為b、c中間的質(zhì)點(diǎn)。下列判斷正確的是()A.質(zhì)點(diǎn)a的振幅為2AB.質(zhì)點(diǎn)b始終靜止不動(dòng)C.圖示時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)c的位移為0D.圖示時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)d的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向答案:CD解析:由題圖可知,a、c兩點(diǎn)為減弱點(diǎn),b為加強(qiáng)點(diǎn),所以a、c兩點(diǎn)始終靜止不動(dòng),故A、B錯(cuò)誤,C正確;此時(shí)d點(diǎn)處P波向下運(yùn)動(dòng),Q波向下運(yùn)動(dòng),所以質(zhì)點(diǎn)d沿y軸負(fù)方向振動(dòng),D正確。5.如圖所示,操場上有兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的揚(yáng)聲器均發(fā)出頻率為f=34Hz的聲音,已知空氣中聲速v聲=340m/s,則該聲波的波長為m,圖中ED=16m,DF=9m,CD=12m,則觀察者在C處聽到的聲音是(選填“減弱的”或“加強(qiáng)的”)。

答案:10減弱的解析:聲波的波長為λ=vfCE=12CF=12C點(diǎn)到E、F兩點(diǎn)的路程差為Δs=CE-CF=5m=12λ,所以觀察者在C6.下圖是某階梯教室主席臺(tái)的平面圖,AB是講臺(tái),S1、S2是與講臺(tái)上話筒等高的相同的喇叭,它們相互之間的位置和尺寸如圖所示。講師的聲音放大后經(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v=340m/s,講師聲音的頻率為f=136Hz,忽略講臺(tái)的寬度。(1)求講師聲音的波長λ。(2)圖中B點(diǎn)是振動(dòng)“加強(qiáng)”點(diǎn)還是振動(dòng)“減弱”點(diǎn),試通過計(jì)算說明判斷依據(jù)。(3)講臺(tái)上能夠避免嘯叫的適當(dāng)位置有多少個(gè)?答案:(1)2.5m(2)見解析(3)4個(gè)解析:(1)講師聲波的波