2024-2025学年高中物理第12章机械波第4节波的衍射和干涉课后练习含解析新人教版选修3-4

PAGE5-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③C．①和③ D．都可以解析：①、②、③三种声波的波长分别为λ1＝340×eq\f(1,20)m＝17m，λ2＝eq\f(340,104)m＝0.034m，λ3＝10m，依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状况如图所示，可以确定的是(BD)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需相等，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。5.两个振动状况完全一样的波源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．两波源的振动频率确定相同B．虚线确定是波谷与波谷相遇处C．两列波的波长都是2mD．两列波的波长都是1m解析：因为形成稳定的干涉图样，所以两波源的频率确定相同，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。6．一列水波通过某孔的实际状况如图(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状况如图(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视察到明显的衍射现象。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处时它们的振动状况完全相同，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，发生稳定的干涉。(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猛烈程度，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改变的，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。实力提升一、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，假如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匀称介质中均以1.0m/s的速率沿同始终线相向传播，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＝0.3s时，出现A图的波形，这时由s＝vt＝0.3m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50m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5m的声波。一同学从该跑道的中点动身，向某一端点缓慢行进10m。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．4C．6 D．8解析：依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5m的整数倍，也就是说这位同学每向前运动2.5m，就为一个声音加强点，10m内共有4个点，故选B。4．(2024·辽宁省大连市高二下学期期中)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0.25HzB．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确定比4m大许多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0.5sP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.如图表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加状况，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(且在图中所示范围内振幅不变)，波速为2m/s，波长为0.4m，E点为BD连线和AC连线的交点。下列叙述正确的是(AC)A．A、C两点都是振动减弱点B．振动加强的点只有B、E、DC．直线BD上的全部点都是振动加强的D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为4cm解析：A、C两点是振动减弱点，A正确；直线BD上的全部点都是振动加强点，B错，C对；B点是波谷与波谷相遇，D点是波峰与波峰相遇，所以B、D两点该时刻竖直高度相差8cm，D错误。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之后的传播状况。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退低频噪声，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2000r/min的转速运转时，其峰值频率在200Hz以下的噪声较大。所以常用干涉型消声器来消退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10dB以上，干涉型消声器以其结构简洁，价格低廉，消声效果好，