2020高中物理 第十二章 机械波 第4节 波的衍射和干涉课时作业 新人教版选修3-4

2020高中物理 第十二章 机械波 第4节 波的衍射和干涉课时作业 新人教版选修3-4

第十二章　第四节 波的衍射和干涉 ‎ 基础夯实 ‎ 一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)‎ ‎1．下列现象不属于波的明显衍射现象的是(　D　)‎ A．“隔墙有耳”‎ B．“空山不见人，但闻人语声”‎ C．河中芦苇后面没有留下无波的区域 D．池中假山前有水波，假山后无水波 解析：假山前有波，假山后无波，说明波没有绕过障碍物，因此不属于明显衍射现象，故选D。‎ ‎2．如图所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于(　B　)‎ A．整个区域　 B．阴影Ⅰ以外区域 C．阴影Ⅱ以外区域　 D．阴影Ⅲ以外区域 解析： 由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B与波长长度差不多。据波发生明显衍射的条件知道，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故A、C、D选项不正确；该波的波长与小孔B差不多，能够产生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内，明显存在衍射波的波形，故B选项正确。‎ ‎3．已知空气中的声速为‎340m/s。现有几种声波：①周期为1/20s，②频率为104Hz，③波长为‎10m。它们传播时若遇到宽约为‎13m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是(　C　)‎ A．①和②　 B．②和③　　‎ C．①和③　 D．都可以 解析：①、②、③三种声波的波长分别为λ1＝340×m＝‎17m，λ2＝m＝‎0.034m，λ3＝‎10m，根据发生明显衍射现象的条件可知，①、③两声波的波长与障碍物的尺寸差不多，能产生明显的衍射现象，故C正确。‎ ‎4．在空气中的同一区域内，两列声波波源的振动情况如图所示，可以肯定的是(　BD　)‎ - 6 -‎ A．a波源的频率为b波源频率的2倍 B．a波的波长为b波波长的2倍 C．a、b两列波叠加能产生稳定的干涉 D．通过同一狭缝，a波的衍射效果比b波明显 解析：由波的图象可以看出，a波的周期是b波的2倍，因为波速相等(同一介质)，由波速公式v＝λf可知a波的波长等于b波的2倍，故A错而B正确；两列波相干的条件是频率必须相等，可知a、b两列波叠加不会产生稳定的干涉，C错误；波长越长，衍射现象越明显，故D选项正确。‎ ‎5．(内蒙古包头九中2017年高二下学期期中)两个振动情况完全一样的波源S1和S2相距‎6m，它们在空间产生的干涉图样如图所示，图中实线表示振动加强的区域，虚线表示振动减弱的区域。下列说法正确的是(　AC　)‎ A．两波源的振动频率一定相同 B．虚线一定是波谷与波谷相遇处 C．两列波的波长都是‎2m D．两列波的波长都是‎1m 解析：因为形成稳定的干涉图样，所以两波源的频率一定相同，A正确；因为S1和S2相距‎6m，由干涉图样可得，两列波的波长都是‎2m，C正确D错误；虚线是振动减弱区，是波峰与波谷相遇处，B错误。‎ ‎6．(福建省晋江市养正中学2017～2018学年高二下学期期中)如图所示，实线与虚线分别表示振幅(振幅为A)、频率均相同的两列波的波峰和波谷，此刻M是波峰与波峰的相遇点，下列说法中正确的是(　ABD　)‎ A．O、M连线的中点是振动加强的点，其振幅为‎2A B．P、N两处的质点始终处在平衡位置 C．随着时间的推移，M处的质点将向O处移动 D．从该时刻起，经过四分之一周期，M处的质点到达平衡位置，此时位移为零 - 6 -‎ 解析：由于O、M是振动加强点，结合图可知，其连线的中点到两波源的距离差为半个波长的偶数倍，所以该点是振动加强的点，其振幅为‎2A，故A正确；P、N两点是波谷和波峰叠加，位移始终为零，即处于平衡位置，B正确；振动的质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会“随波逐流”，C错误；从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置，D正确。‎ 二、非选择题 ‎7．如图所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2，狭缝的尺寸比波长小得多)，试回答以下问题：‎ ‎(1)若闭上S1，只打开S2会看到什么现象？‎ ‎(2)若S1、S2都打开，会发生什么现象？‎ ‎(3)上图中若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各点中，哪些点向上振动最强，哪些点向下振动最强，哪些点振动最弱？‎ 解析：(1)只打开S2时，波源S产生的波传播到狭缝S2时，由于狭缝的尺寸比波长小，于是水面波在狭缝S2处发生衍射现象，水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来。‎ ‎(2)由于SS1＝SS2，从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同，当S1、S2都打开时产生相干波，它们在空间相遇时产生干涉现象，一些地方振动加强，一些地方振动减弱，加强区与减弱区相互隔开，发生明显的干涉。‎ ‎(3)质点D是波峰与波峰相遇处，是该时刻向上振动最强点，质点B是波谷与波谷相遇处，是该时刻向下振动最强点，质点A、C是波峰与波谷相遇的地方，这两点振动最弱。加强和减弱是指质点的剧烈程度，或者说是振幅大小的差异，加强点的振幅大，减弱点振幅小，但它们的位移是随时间变化的，某一时刻加强点的位移完全可以小于减弱点的位移，当然也可以为零。‎ ‎ 能力提升 ‎ 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)‎ ‎1．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到(　D　)‎ A．声音变响，男声比女声更响 B．声音变响，女声比男声更响 C．声音变弱，男声比女声更弱 - 6 -‎ D．声音变弱，女声比男声更弱 解析：由于MN很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音调更高，波长更小，所以衍射更不明显。‎ ‎2．两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以‎1.0m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为‎0.1m，则以下不同时刻，波形不正确的是(　C　)‎ 解析：当t＝0.3 s时，出现A图的波形，这时由s＝vt＝‎0.3 m可知，两波正好刚相遇，所以A正确，同理B与D也正确，C不正确。‎ ‎3．在学校运动场上‎50 m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发出波长为‎5 m的声波。一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进‎10 m。在此过程中，他听到扬声器声音由强变弱的次数为(　B　)‎ A．2　 B．4　　‎ C．6　 D．8‎ 解析：根据波的干涉的加强点和减弱点的条件，可知当某点与两个波源距离差为波长的整数倍时，该点为振动加强点，即声音加强点，由题可知，Δx＝nλ＝5n(n＝0,1,2…)，所以这位同学距离跑道两端相差‎5 m 的整数倍，也就是说这位同学每向前运动‎2.5 m，就为一个声音加强点，‎10 m内共有4个点，故选B。‎ ‎4．(辽宁省大连市2017～2018学年高二下学期期中)图甲为一列横波在t＝0时的波动图象，图乙为该波中x＝‎2m处质点P的振动图象，下列说法正确的是(　CD　)‎ A．若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象，则所遇到的波的频率为0.25Hz B．若该波能发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸一定比‎4m大很多 C．再过0.5s，P点的动能最大 D．波沿x轴正方向传播 解析：由图乙可知该波的频率为1Hz，由波的干涉条件可知选项A错误；由图甲可知该波的波长λ＝‎4m，所以选项B错误；再过0.5s P - 6 -‎ 点处于平衡位置动能最大，选项C正确；由甲、乙图象可判选项D正确。‎ ‎5．一列水波通过某孔的实际情况如图(1)所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图(2)四幅图所示，其假想错误的图示有(　BD　)‎ 解析：衍射现象是普遍存在的。波遇到障碍物时都有绕过障碍物的特性，即衍射现象，但只有当障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多时才能观察到明显的衍射现象。‎ 二、非选择题 ‎6．如图所示，相邻实线间的距离等于一个波长，试大致画出波通过孔A和B以及遇到障碍物C和D之后的传播情况。‎ 答案：‎ 解析：由题图可知，孔A和障碍物D跟波长相差不多，因此，从孔A传出的波和遇障碍物D之后的波均有明显的衍射现象；孔B和障碍物C跟波长相比相差较大，因此，从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波无明显的衍射现象。在画通过孔A的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔A为圆心的；遇障碍物D之后波的传播并没有受影响；而从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波只沿直线传播。所以从孔A、B传出的波和遇障碍物C、D之后的波如图所示。‎ ‎7．干涉型消声器能有效地消除低频噪声，发动机(正常工作期间)周期性排气噪声，就是一种典型的低频噪声。一台四缸四冲程发动机，当它以2 000 r/min的转速运转时，其峰值频率在200 Hz以下的噪声较大。所以常用干涉型消声器来消除这类低速转动发动机所发出的低频噪声，一台带有干涉消声器的柴油发动机经消声处理后，其排气噪声可以降低10 dB以上，干涉型消声器以其结构简单，价格低廉，消声效果好，得到了很好的应用，下图是其结构原理图，试分析其工作原理。‎ - 6 -‎ 解析：设一列波长为λ的声波，沿水平管道自左向右传播。当入射波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2，再到b处相遇。若Δr＝r1－r2恰好等于声波半波长的奇数倍，即Δr＝时，声波的振幅A＝0。这就是说该频率的声波被削弱。利用这一原理，可以达到控制噪声的目的。‎ - 6 -‎