【同步學(xué)練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：第3章4.波的干涉學(xué)案(學(xué)生版)

4．波的干涉1．了解波的疊加原理，了解波的疊加過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)的合位移。2．從振動(dòng)的角度認(rèn)識(shí)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域。3．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。4．知道干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，了解波發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件。波的疊加1．波的獨(dú)立傳播幾列波相遇后彼此穿過(guò)，仍然________各自的____________，繼續(xù)傳播。即各自的波長(zhǎng)、頻率等________。2．波的疊加在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)________參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的________。如圖所示，在平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成了復(fù)雜而美麗的圖案。問(wèn)題它們相遇后的傳播狀態(tài)怎樣？形狀是否改變？波的疊加原理的理解(1)幾列波相遇前、后能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，各自的波長(zhǎng)、頻率等保持不變。(2)在它們相遇時(shí)重疊的區(qū)域里，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。(3)疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的振幅可能增大，也可能減小。由于總位移是各個(gè)位移的矢量和，則有：①兩列同相波的疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，振幅增大；②兩列反相波的疊加，振動(dòng)減弱，振幅減小。如圖甲所示，兩列振動(dòng)方向相同的波疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，振幅增大；如圖乙所示，兩列振動(dòng)方向相反的波疊加，振動(dòng)減弱，振幅減小?！镜淅?】波源甲、乙分別在一根水平放置的繩的左右兩端，兩波源發(fā)出的波在繩中的傳播速度均是1m/s。在t＝0時(shí)刻繩上的波形如圖①所示。則根據(jù)波的疊加原理，以下敘述正確的是()A．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖②所示；當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖③所示B．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖②所示；當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖④所示C．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖③所示；當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖②所示D．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖③所示；當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖④所示[聽(tīng)課記錄](méi)[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)如圖所示，兩列相向傳播的、振幅和波長(zhǎng)都相同的橫波，它們?cè)贠點(diǎn)相遇，此后可能出現(xiàn)的狀態(tài)是()ABCD波的干涉1．定義：________相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振幅總是________，某些區(qū)域的振幅總是________，而且振幅________的區(qū)域和振幅________的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉，所形成的圖樣叫作________。2．穩(wěn)定干涉條件：兩列波的頻率必須________；兩個(gè)波源的相位差必須________。3．一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波________的現(xiàn)象。聲波干涉演示儀的原理圖如圖所示，兩個(gè)U形管A和B套在一起，A管兩側(cè)各有一小孔。聲波從左側(cè)小孔傳入管內(nèi)，從右側(cè)小孔傳出。問(wèn)題1聲波從左側(cè)傳入管內(nèi)，被分成兩列波的頻率有何關(guān)系？能否發(fā)生干涉？問(wèn)題2若兩列波傳到右側(cè)小孔時(shí)，兩列波傳播的路程相差一個(gè)波長(zhǎng)，則此處聲波是加強(qiáng)的還是減弱的？若傳播的路程相差半個(gè)波長(zhǎng)，則此處的聲波是加強(qiáng)的還是減弱的？1．關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弱點(diǎn)(區(qū))(1)加強(qiáng)點(diǎn)：兩列波引起的振動(dòng)加強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈，振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和，A＝A1＋A2。(2)減弱點(diǎn)：兩列波引起的振動(dòng)相互削弱，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若兩列波振幅相同，則質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于零。2．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣如圖所示。(2)特征。①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)。③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。3．振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)與兩個(gè)波源的距離條件頻率相同、振動(dòng)情況完全相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時(shí)，設(shè)某點(diǎn)到兩波源的距離差為Δr：(1)當(dāng)Δr＝kλ(k＝0，1，2，3，…)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)；(2)當(dāng)Δr＝(2k＋1)λ2(k注意：若兩波源頻率相同、振動(dòng)步調(diào)相反時(shí)，則上述結(jié)論相反。【典例2】干涉是波特有的現(xiàn)象，但是在日常生活中很難觀察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。在某次物理教學(xué)中老師先打開(kāi)發(fā)波水槽的電動(dòng)機(jī)電源，再調(diào)節(jié)兩小球擊水深度和頻率，得到頻率和初相位相同，振幅不同的兩列水波的穩(wěn)定干涉圖樣，如圖所示，其中S1、S2代表波源，實(shí)線代表水波波峰(OM連線除外)，虛線代表水波波谷，M、N、O、P是波線與波線的交點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A．N點(diǎn)的位移總比M點(diǎn)的位移小B．OM連線上所有的點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)C．M點(diǎn)到S1、S2的距離差等于水波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍D．N點(diǎn)、P點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，所以N點(diǎn)、P點(diǎn)不振動(dòng)，此處水面平靜[聽(tīng)課記錄](méi)(1)發(fā)生波的干涉時(shí)加強(qiáng)點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)的，振幅增大，注意其位移并非總是最大，而是仍然按正弦(或余弦)規(guī)律變化。(2)發(fā)生波的干涉時(shí)減弱點(diǎn)的振動(dòng)總是減弱的，振幅減小，注意其位移并非總是最小，而是仍然按正弦(或余弦)規(guī)律變化。對(duì)于振幅相同的兩個(gè)波源，減弱點(diǎn)的振幅為零，不振動(dòng)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)(2022·吉林遼源田家炳高級(jí)中學(xué)高二期末)兩列完全相同的機(jī)械波于某時(shí)刻的疊加情況如圖所示，圖中的實(shí)線和虛線分別表示波峰和波谷，此時(shí)()A．a(chǎn)、b連線中點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)B．a(chǎn)、b、c、d四點(diǎn)速度均為零C．再經(jīng)過(guò)12周期，c、dD．再經(jīng)過(guò)14周期，c、d1．(多選)關(guān)于兩列相干波，以下說(shuō)法正確的是()A．振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)，位移始終最大B．振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)，兩列波引起的分位移總是方向相同C．加強(qiáng)點(diǎn)的振動(dòng)，能量始終最大D．加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置在傳播中是隨時(shí)相互交換的2．(多選)兩列振動(dòng)方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡(jiǎn)諧橫波相遇。下列說(shuō)法正確的是()A．波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅為|A1－A2|B．波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移始終為A1＋A2C．波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)的位移D．波峰與波峰相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點(diǎn)的振幅3．(多選)(2022·浙江1月選考)兩列振幅相等、波長(zhǎng)均為λ、周期均為T的簡(jiǎn)諧橫波沿同一繩子相向傳播，若兩列波均由一次全振動(dòng)產(chǎn)生，t＝0時(shí)刻的波形如圖(a)所示，此時(shí)兩列波相距λ，則()A．t＝T4B．t＝T2C．t＝3T4D．t＝T時(shí)，波形如圖(b)丁所示4．(多選)如圖所示，在均勻介質(zhì)中，A、B是振動(dòng)情況完全相同的兩個(gè)波源，其簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表達(dá)式均為x＝0.1sin(20πt)m，形成的機(jī)械波的波速都是10m