2019-2020学年高中物理第12章机械波第4节波的衍射和干涉练习含解析 人教版选修3-4

2019-2020学年高中物理第12章机械波第4节波的衍射和干涉练习含解析 人教版选修3-4

第4节　波的衍射和干涉 一、选择题 ‎1．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是‎0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为(　　)‎ A．‎10 cm　　　　　　　　 B．‎‎5 m C．d≥‎1 cm D．d≤‎‎1 cm 解析：选D　设小孔的直径为d，水波波长为λ，当d≤λ时发生明显的衍射，由题知水波的波长λ＝＝ m＝0.01 m＝1 cm.即孔径d应与1 cm相当或比它还小．故选D.‎ ‎2. (多选)如图所示，图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有振动，为使A处水面也能发生振动，可采用的方法是(　　)‎ A．使波源的频率增大 B．使波源的频率减小 C．移动N使狭缝的间距增大 D．移动N使狭缝的间距减小 解析：选BD　要发生明显的衍射，障碍物的尺寸或宽度比波长小或与波长相差不多，本题中要使狭缝满足明显衍射的条件即将狭缝间距变小，或将波长变长，B、D正确．‎ ‎3．两列机械波在介质中产生干涉现象，它们的振幅分别为A1和A2，某一时刻介质中质点P的位移大小为A1＋A2，则(　　)‎ A．质点P的振幅一直为A1＋A2‎ B．质点P的振幅再过半个周期为|A1－A2|‎ C．质点P的位移大小一直为A1＋A2‎ D．质点P的位移大小再过半个周期为零 解析：选A　相干波的叠加是稳定的，即质点P的振幅一直为A1＋A2，故A正确，B错误；质点的位移是随时间变化的，故C错误；此刻，P在波峰或波谷，半个周期后P点将运动到波谷或波峰，位移大小为A1＋A2，故D错误．‎ ‎4．(2019·开封高中期末)已知S1、S2‎ 6‎ 为水波槽中的两个波源，它们在同一水槽中分别激起两列水波，已知两列波的波长λ1<λ2，某时刻在P点两列波的波峰与波峰相遇，则以下叙述正确的是 (　　)‎ A．P点有时在波峰，有时在波谷，振动始终加强 B．P点始终在波峰 C．P点的振动不遵守波的叠加原理，P点的运动也不始终加强 D．P点的振动遵守波的叠加原理，但并不始终加强 解析：选D　两波源产生的波都在水中传播，故波速v相等，而两列波的波长λ1<λ2，根据v＝λf可知，两列波的频率不同，所以两列波不能产生干涉现象，不能形成稳定的干涉图样，A错误；任意两列波都可以叠加，C错误，D正确；P点在其平衡位置附近振动，B错误．‎ ‎5．(多选)(2019·河南大学附属中学期中)如图所示，沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为‎200 m/s，下列说法正确的是(　　)‎ A．从图示时刻开始，经过0.01 s质点a通过的路程为‎0.4 m B．从图示时刻开始，质点b比质点a先到平衡位置 C．若此波遇到另一列波并产生稳定的干涉条纹，则另一列波的频率为50 Hz D．若该波传播中遇到宽约‎3 m的障碍物，则能发生明显的衍射现象 解析：选ACD　由题图读出波长为λ＝4 m，则周期为T＝＝ s＝0.02 s，质点做简谐运动时，在一个周期内通过的路程是四个振幅，则从图示时刻开始，经过0.01 s质点a通过的路程为s＝2A＝0.4 m，故A正确；波沿x轴正方向传播，则此时质点b向远离平衡位置运动，而质点a向平衡位置运动，则质点b比质点a后到达平衡位置，故B错误；该列波的频率为f＝＝50 Hz，要想发生干涉，频率需相同，故C正确；若该波传播中遇到宽约3 m的障碍物，该波波长λ＝4 m大于障碍物的尺寸，故能发生明显的衍射现象，故D正确．‎ ‎6．(多选)(2018·冀州中学期中)一条弹性绳子呈水平状态．M为绳子中点，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间后产生的波形如图所示．对于其后绳上各点的振动情况，以下判断正确的是(　　)‎ A．两列波将同时到达中点M B．两列波波速之比为1∶2‎ C．中点M的振动总是加强的 6‎ D．M点的位移大小在某时刻可能为零 解析：选AD　波在同种介质中传播，波速相同，由于M为绳子中点，所以两波同时到达M点，故A正确，B错误；由于波长的不同，因此两波在M点相遇时，M点的振动并不总是加强或减弱；当两波刚传到M点时，此时刻位移为零，所以M点的位移大小在某时刻可能为零，故C错误，D正确．故选AD.‎ ‎7．(2019·山西大学附属中学期中)如图所示为两列沿绳传播的(虚线表示甲波，实线表示乙波)简谐横波在某时刻的波形图，M为绳上x＝‎0.2 m处的质点，则下列说法正确的是(　　)‎ A．这两列波将发生干涉现象，质点M的振动始终加强 B．由图示时刻开始，再经甲波周期的，质点M将位于波峰 C．甲波的速度v1比乙波的速度v2大 D．因波的周期未知，故两列波波速的大小无法比较 解析：选A　两列波都在同一种介质中传播，波速一样，波长一样，则两列波频率一样，这两列波将发生干涉现象，选项C、D错误；该时刻两列波在质点M处的振动都向下，所以始终加强，选项A正确；再经周期，质点M将位于波谷，选项B错误．‎ ‎8．(多选)(2019·全国卷Ⅲ)水槽中，与水面接触的两根相同细杆固定在同一个振动片上．振动片做简谐振动时，两根细杆周期性触动水面形成两个波源．两波源发出的波在水面上相遇，在重叠区域发生干涉并形成了干涉图样．关于两列波重叠区域内水面上振动的质点，下列说法正确的是 (　　)‎ A．不同质点的振幅都相同 B．不同质点振动的频率都相同 C．不同质点振动的相位都相同 D．不同质点振动的周期都与振动片的周期相同 E．同一质点处，两列波的相位差不随时间变化 解析：选BDE　在波的干涉实验中，质点在振动加强区的振幅是两列波振幅之和，质点在振动减弱区的振幅是两列波振幅之差，A选项错误；沿波的传播方向上，波不停地向外传播，故各质点的相位不是都相同，C选项错误；两波源振动频率相同，其他各质点均做受迫振动，故频率均与振源频率相同，周期均与振动片的周期相同，B、D选项正确；同一质点到两波源的距离确定，故波程差恒定，即相位差保持不变，E选项正确．‎ 6‎ ‎9．(多选)某同学注意到手机摄像头附近有一个小孔，查阅手机说明后知道手机内部小孔位置处安装了降噪麦克风．进一步翻阅技术资料得知：降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波，与噪音叠加从而实现降噪的效果．如图是理想情况下的降噪过程，实线对应环境噪声，虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波．则(　　)‎ A．降噪过程实际上是声波发生了干涉 B．降噪过程可以消除通话时的所有背景杂音 C．降噪声波与环境噪声的传播速度相等 D．P点经过一个周期传播的距离为一个波长 解析：选AC　分析题意可知，降噪过程实际上是声波发生了干涉，降噪声波与环境声波波长相等，波速相等，频率相同，由于两列声波等幅反相，使噪声振动减弱，A选项正确；降噪过程不能消除通话时的所有背景杂音，只能消除与降噪声波频率相同的杂音，B选项错误；机械波传播的速度由介质决定，则知降噪声波与环境噪声的传播速度相等，C选项正确；机械波在传播过程中，介质中的质点不会随波移动，D选项错误．‎ ‎10.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题，内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声．干涉型消声器的结构及气流运行如图所示．产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，在声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到削弱噪声的目的．若Δr＝r2－r1，则Δr等于(　　)‎ A．波长λ的整数倍 B．波长λ的奇数倍 C．半波长的奇数倍 D．半波长的偶数倍 解析：选C　当Δr＝r2－r1＝(2n＋1)(n＝0,1,2，3…)时，振动减弱，当Δr＝r2－r1＝nλ(n＝0,1,2,3…)时振动加强，故C对．‎ 二、非选择题 ‎11.如图是两个波源振动频率相同、振动方向相同的两列波在空间传播的情景，实线表示波峰，虚线表示波谷．a为虚线交点，b为实线交点，c为a与b连线的中点．‎ 6‎ ‎(1)从图示时刻开始，经过周期，a、b、c各点分别处于什么位置？‎ ‎(2)从图示时刻开始，经过周期，a、b、c各点又分别处于什么位置？‎ 解析：(1)由题图可知，此刻a、b点分别是两列波的波谷相遇点和波峰相遇点，都是振动加强点；而c点处于加强区域，所以c点也是加强点，a、b、c三点的振幅为两列波的振幅之和．此刻a点在波谷，b点在波峰，c点在平衡位置，经周期后，a点在波峰，b点在波谷，c点仍在平衡位置．‎ ‎(2)经过周期，a点在平衡位置，将向波谷振动；b点在平衡位置，将向波峰振动；c点为a、b的中点，所以此刻c点在波峰．‎ 答案：(1)a在波峰，b在波谷，c在平衡位置 ‎(2)a在平衡位置，b在平衡位置，c在波峰 ‎12．有频率相同、振动方向相同的两个声源S1和S2，如图所示．一人站在声源北方的A点，此人此时听到的声音很响，这个人向东慢慢移动，声音逐渐减弱，到B点时几乎听不到声音，测得A、B间距离为‎1.5 m．则：‎ ‎(1)S1、S2声波的波长λ为多少？‎ ‎(2)若此人由B点再向正南方向移动，声音逐渐变响，那么，此人沿正南方向至少走多远，声音又变得很响？‎ 解析：(1)依题意，A在S1S2的中垂线上，S1A＝S2A，此点为声波叠加振动加强处，走到B点几乎听不到声音，B点是声波叠加振动减弱处，则S1B－S2B＝ 由几何关系S1B＝5 m，λ＝2 m.‎ ‎(2)设人沿BS2走到C点，振动又一次加强．‎ S‎1C－S‎2C＝‎‎2 m S‎2C2＝(S‎2C＋2)2－S1S22‎ 得S2C＝1.25 m，BC＝BS2－S2C＝(4－1.25) m＝2.75 m.‎ 6‎ 答案：(1)2 m　(2)2.75 m 6‎