新教材适用2023-2024学年高中物理第三章机械波5.波的干涉与衍射课后训练教科版选择性必修第一册

5.波的干涉与衍射课后训练巩固提升基础巩固1.(多选)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。则不同时刻的波形正确的是()答案:ABD解析:脉冲波在介质中传播,x=vt,当t=0.3s时,两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3m,恰好相遇,故A正确。当t=0.4s、0.5s、0.6s时,两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4m、0.5m、0.6m,由波的叠加原理可知B、D正确,C错误。2.如图,P为桥墩,A为靠近桥墩漂浮的叶片,波源S连续振动,形成水波,此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动,可用的方法是()A.提高波源频率B.提高波源周期C.减小波源距桥墩的距离D.增加波源距桥墩的距离答案:B解析:波源S连续振动,形成水波,水波中的质点上下振动,形成的波向前传播,提高拍打水面的频率,则质点振动的频率增加,波的频率与振动的频率相等,根据λ=vf,波速不变,频率增大,波长减小,衍射现象不明显,反之提高波源周期,降低频率,波长增大,衍射现象更明显。衍射现象与传播距离无关,增加或减小波源距桥墩的距离,不会影响衍射现象的发生,故A、C、D错误,B3.(多选)如图所示,一小型渔港的防波堤两端MN相距约60m,在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播,下列说法正确的有()A.假设波浪的波长约为10m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响B.假设波浪的波长约为10m,则A、B两处小船明显受到波浪影响C.假设波浪的波长约为50m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响D.假设波浪的波长约为50m,则A、B两处小船明显受到波浪影响答案:AD解析:A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射,波浪能传播到A、B处的结果,当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候,会发生明显的衍射现象,故A、D正确。4.右图是t=0时刻简谐横波a与b的波形图,其中a沿x轴正方向传播,b沿x轴负方向传播,波速都是10m/s,振动方向都平行于y轴。下列选项画出的是平衡位置在x=2m处的质点从t=0开始在一个周期内的振动图像,其中正确的是()答案:B解析:由题可知,两列波的波速相等,波长相等,则频率相等,能发生干涉。过14周期后,两列波的波峰同时到达x=2m处的质点,则此质点振动总是加强,振幅为两列波振幅之和,即为3cm。t=0时刻该质点开始从平衡位置沿y轴正方向振动,所以B5.(改编题)如图所示表示两列同频率相干水波在t=0时刻的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的振幅均为2cm,波速为2m/s,波长为0.4m,E点是BD连线和AC连线的交点,下列说法正确的是()A.A、E、C三点均是振动减弱点B.D、E、B三点均是振动加强点C.B、D两点在该时刻的竖直高度差为4cmD.t=0.05s,E点离开平衡位置2cm答案:B解析:点A和点C均为波峰与波谷叠加,为振动减弱点。B点是波峰与波峰叠加点,D点是波谷与波谷叠加点,即为振动加强点,则E点在振动加强点连线上,也是振动加强点,故A错误,B正确;D点在该时刻波峰与波峰叠加,振动加强,偏离平衡位置的位移为4cm,B点在该时刻波谷与波谷叠加,振动加强,偏离平衡位置的位移为-4cm,则D、B两点在该时刻的竖直高度差为8cm,故C错误;波传播的周期T=λv=0.42s=0.2s,再经过t=0.05s时,即为14个周期,E6.如图所示,S是水面波的波源,xy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)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,哪些点振动最强,哪些点振动最弱?答案:见解析解析:(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得多,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)因为SS1=SS2,所以从波源发出的水面波传播到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间隔开,产生稳定的干涉现象。(3)质点D是波峰与波峰相遇处,是振动最强点;质点B是波谷与波谷相遇处,也是振动最强点。质点A、C是波峰与波谷相遇的地方,这两点振动最弱。能力提升1.在水波槽里放两块挡板,中间留一窄缝,已知窄缝的宽度为0.5cm,所用水波的波长为5cm,则下图所示的衍射图样正确的是()答案:C解析:窄缝宽度0.5cm明显小于水波波长5cm,符合发生明显衍射的条件,且水波是以水中“某点”为中心的弧线,故只有选项C正确。2.(原创题)如图(a)所示,两列振幅和波长都相同而传播方向相反的波,在如图(b)所示的某一时刻,两列波“消失”,此时介质中x、y两质点的运动方向是()(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都静止答案:A解析:由题图看出,两列波的波峰与波谷叠加,振动减弱,两波的振幅相等,所以如题图(b)所示的时刻两列波“消失”。根据波形平移法判断可知,向右传播的波单独引起x的振动方向向下,y的振动方向向上,向左传播的波单独引起x的振动方向向下,y的振动方向向上,根据叠加原理可知,此时x质点的振动方向是向下,y质点的振动方向是向上,故A正确,B、C、D错误。3.下图是利用水波槽观察到的水波衍射图像,从图像可知()A.B侧水波是衍射波B.A侧波速与B侧波速相等C.减小挡板间距离,衍射波的波长将减小D.增大挡板间距离,衍射现象将更明显答案:B解析:B侧水波在传播过程中遇到带有窄缝的挡板后发生衍射,A侧水波是衍射波,选项A错误;同种机械波在相同介质中的传播速度相同,选项B正确;减小挡板间距离,衍射现象会更明显,但是衍射波的波速不变,频率不变,故波长不变,选项C错误;因为只有当挡板间距离跟波长差不多,或者比波长更小时,衍射现象才明显,所以当增大挡板间距离时,衍射现象不会更明显,选项D错误。4.(多选)两列频率相同、振幅均为A的简谐横波P、Q分别沿x轴正方向和x轴负方向在同一介质中传播,两列波的振动方向均沿y轴。某时刻两波的波面如图所示,实线表示P波的波峰、Q波的波谷;虚线表示P波的波谷、Q波的波峰。a、b、c为三个等距的质点,d为b、c中间的质点。下列判断正确的是()A.质点a的振幅为2AB.质点b始终静止不动C.图示时刻质点c的位移为0D.图示时刻质点d的振动方向沿y轴负方向答案:CD解析:由题图可知,a、c两点为减弱点,b为加强点,所以a、c两点始终静止不动,故A、B错误,C正确;此时d点处P波向下运动,Q波向下运动,所以质点d沿y轴负方向振动,D正确。5.如图所示,操场上有两个振动情况完全相同的扬声器均发出频率为f=34Hz的声音,已知空气中声速v声=340m/s,则该声波的波长为m,图中ED=16m,DF=9m,CD=12m,则观察者在C处听到的声音是(选填“减弱的”或“加强的”)。

答案:10减弱的解析:声波的波长为λ=vfCE=12CF=12C点到E、F两点的路程差为Δs=CE-CF=5m=12λ,所以观察者在C6.下图是某阶梯教室主席台的平面图,AB是讲台,S1、S2是与讲台上话筒等高的相同的喇叭,它们相互之间的位置和尺寸如图所示。讲师的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫。为了避免啸叫,话筒最好摆放在讲台上适当的位置,在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消。已知空气中声速为v=340m/s,讲师声音的频率为f=136Hz,忽略讲台的宽度。(1)求讲师声音的波长λ。(2)图中B点是振动“加强”点还是振动“减弱”点,试通过计算说明判断依据。(3)讲台上能够避免啸叫的适当位置有多少个?答案:(1)2.5m(2)见解析(3)4个解析:(1)讲师声波的波