3-4波的干涉(人教版2019選擇性必修第一冊(cè))(原卷版)

第三章機(jī)械波第4節(jié)波的干涉重點(diǎn)+難點(diǎn)核心素養(yǎng)解讀1.理解波的疊加原理，會(huì)根據(jù)波的疊加原理判斷振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn).2.知道形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，認(rèn)識(shí)干涉圖樣.3.能利用波的干涉現(xiàn)象解釋有關(guān)物理現(xiàn)象．1.科學(xué)思維：會(huì)根據(jù)波的疊加原理判斷振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn).2.科學(xué)探究：通過(guò)水波槽觀察水波的干涉現(xiàn)象。知識(shí)點(diǎn)一波的疊加1．波的獨(dú)立傳播：兩列波在彼此相遇并穿過(guò)后，仍然保持各自的、等運(yùn)動(dòng)特征不變，繼續(xù)傳播．2．波的疊加原理：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(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．知識(shí)點(diǎn)二波的干涉1．定義——相同、恒定、相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振動(dòng)總是加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)總是減弱，這種現(xiàn)象叫波的干涉．2．干涉條件(1)兩列波的頻率必須相同．(2)兩個(gè)波源的相位差必須保持不變．3．干涉的普遍性一切波在一定條件下都能夠發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象．易錯(cuò)易混點(diǎn)一波的疊加易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1對(duì)波的疊加的原理認(rèn)識(shí)不清。例1．(多選)如圖所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1、振幅為A1的半個(gè)波形a，同時(shí)另一個(gè)波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2、振幅為A2的半個(gè)波形b，且f1<f2，P為兩個(gè)波源連線的中點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)．已知機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定．下列說(shuō)法正確的是()A．兩列波比較，a波將先到達(dá)P點(diǎn)B．兩列波在P點(diǎn)疊加時(shí)，P點(diǎn)的位移最大可達(dá)A1＋A2C．b的波峰到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，a的波峰還沒(méi)有到達(dá)P點(diǎn)D．兩列波相遇時(shí)，繩上位移可達(dá)A1＋A2的點(diǎn)只有一個(gè)，此點(diǎn)在P點(diǎn)的左側(cè)易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1剖析1．波的獨(dú)立傳播特性：幾列波相遇時(shí)各自的波長(zhǎng)、頻率等運(yùn)動(dòng)特征保持不變，不受其他波的影響．2．波的疊加原理：在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)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．易錯(cuò)易混點(diǎn)二波的干涉易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1對(duì)波的干涉條件認(rèn)識(shí)不清。例2．如圖所示，S1、S2是兩個(gè)步調(diào)完全相同的相干波源，其中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷．若兩列波的振幅均保持5cm不變，關(guān)于圖中所標(biāo)的b、c、d三點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A．d點(diǎn)始終保持靜止不動(dòng)B．圖示時(shí)刻c點(diǎn)的位移為零C．b點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，c點(diǎn)振動(dòng)始終減弱D．圖示時(shí)刻，b、c兩點(diǎn)的豎直高度差為10cm易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1剖析1．發(fā)生干涉的條件：(1)兩列波的頻率相同；(2)相位差恒定．2．產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的兩列波的振幅越接近，干涉圖樣越明顯．3．干涉圖樣及其特點(diǎn)(1)干涉圖樣：如圖所示．(2)特點(diǎn)①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)．②加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變，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)的理解①加強(qiáng)點(diǎn)：振幅最大，為兩列波的振幅之和，即A＝A1＋A2②減弱點(diǎn)：振幅最小，為兩列波的振幅之差，即A＝|A1－A2|③每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移都隨時(shí)間變化，如加強(qiáng)點(diǎn)的位移也可以為零，某時(shí)刻減弱點(diǎn)的位移也可以大于加強(qiáng)點(diǎn)的位移，若兩列波的振幅相等，則減弱點(diǎn)的合振幅為零，并不振動(dòng)．易錯(cuò)易混點(diǎn)2.2振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)判斷方法不清例4.如圖(a)，在xy平面內(nèi)有兩個(gè)沿z方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)波源S1(0,4)和S2(0，－2)．兩波源的振動(dòng)圖線分別如圖(b)和圖(c)所示．兩列波的波速均為1.00m/s.兩列波從波源傳播到點(diǎn)A(8，－2)的路程差為_(kāi)_______m，兩列波引起的點(diǎn)B(4,1)處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)相互__________(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)，點(diǎn)C(0,0.5)處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)相互________(選填“加強(qiáng)”或“減弱”)．易錯(cuò)易混點(diǎn)2.2剖析振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷方法1．條件判斷法：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)，加強(qiáng)、減弱條件如下：設(shè)點(diǎn)到兩波源的距離差為Δr，則當(dāng)Δr＝kλ時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)，當(dāng)Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)時(shí)為減弱點(diǎn)，其中k＝0,1,2….若兩波源振動(dòng)步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反．2．現(xiàn)象判斷法：若某點(diǎn)處總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)；若總是波峰與波谷相遇，則為減弱點(diǎn)；若某點(diǎn)處是平衡位置和平衡位置相遇，則讓兩列波再傳播eq\f(1,4)T，看該點(diǎn)是波峰和波峰(波谷和波谷)相遇，還是波峰和波谷相遇，從而判斷該點(diǎn)是加強(qiáng)點(diǎn)還是減弱點(diǎn)．針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．某同學(xué)注意到手機(jī)攝像頭附近有一個(gè)小孔，查閱手機(jī)說(shuō)明后知道手機(jī)內(nèi)部小孔位置處安裝了降噪麥克風(fēng)。進(jìn)一步翻閱技術(shù)資料得知：降噪麥克風(fēng)通過(guò)降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相位相反的聲波，與噪音疊加從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果。如圖是理想情況下的降噪過(guò)程，實(shí)線對(duì)應(yīng)環(huán)境噪聲，虛線對(duì)應(yīng)降噪系統(tǒng)產(chǎn)生的等幅反相聲波。則（）A．降噪聲波與環(huán)境噪聲的頻率不相等B．降噪過(guò)程可以消除通話時(shí)的所有背景雜音C．降噪過(guò)程實(shí)際上是聲波發(fā)生了干涉D．P點(diǎn)經(jīng)過(guò)一個(gè)周期傳播的距離為一個(gè)波長(zhǎng)2．如圖所示，S1、S2為兩個(gè)振動(dòng)情況完全一樣的波源，兩列波的波長(zhǎng)都為λ，它們?cè)诮橘|(zhì)中產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，S1、S2在空間共形成了5個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域，如圖中實(shí)線所示。P是振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域中的一點(diǎn)，從圖中可看出（）A．S1波在該區(qū)域的傳播速度比S2波的大B．P點(diǎn)到兩波源的距離差等于1.5λC．P點(diǎn)此時(shí)刻振動(dòng)最強(qiáng)，過(guò)半個(gè)周期后振動(dòng)變?yōu)樽钊鮀．S1、S2連線和加強(qiáng)區(qū)交點(diǎn)等間距，間距為半波長(zhǎng)3．如圖所示為某一時(shí)刻波源S1、S2在水槽中形成的水波，其中一條線表示波峰，另一條虛線表示波谷，已知兩列波的頻率相同，振幅相同，則下列說(shuō)法不正確的是（）A．這兩列波的波長(zhǎng)相同，在兩波相遇的區(qū)域中會(huì)產(chǎn)生干涉B．從此刻再經(jīng)過(guò)四分之一個(gè)周期，a、b、c、d四點(diǎn)的位移均為零C．a(chǎn)、c、d三點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)，b點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱D．a(chǎn)、c、d三點(diǎn)位移始終最大，等于兩列波的振幅之和4．材質(zhì)不同的兩根細(xì)繩在O點(diǎn)連接，拉直后靜置于光滑水平地板上，在水平面內(nèi)沿著繩子和垂直于繩子建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。兩位同學(xué)分別在繩的兩端A、B以相同頻率同時(shí)振動(dòng)，繩上形成甲、乙兩列相向傳播的繩波，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，各點(diǎn)坐標(biāo)如圖所示。已知在波傳播的過(guò)程中各點(diǎn)的平衡位置保持不變，則下列說(shuō)法正確的是（??）A．A、B兩點(diǎn)振動(dòng)方向始終相同 B．機(jī)械波在左右兩根細(xì)繩上的傳播速度之比為3:2C．兩列波形成的第一個(gè)波峰可能在O點(diǎn)相遇 D．振動(dòng)穩(wěn)定后，O點(diǎn)的振幅為15cm5．兩列簡(jiǎn)諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，波速均為v=0.4m/s，兩個(gè)波源分別位于x=-0.2m和x=1.2m處，波源的振幅均為2cm。如圖所示為t=0時(shí)刻兩列波的圖像，此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q兩質(zhì)點(diǎn)剛開(kāi)始振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)M的平衡位置位于x=0.5m處。下列判斷正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)M剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的方向沿y軸的正方向B．t＝1.75s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P、Q的位移均為2cmC．t＝0~2s時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)M經(jīng)過(guò)的路程為32cmD．t＝2.5s時(shí)，兩波源間振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)有7個(gè)6．一根長(zhǎng)20m的軟繩拉直后放置在光滑水平地板上，以繩中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以繩上各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置為x軸建立圖示坐標(biāo)系。兩人在繩端P、Q沿y軸方向不斷有節(jié)奏地抖動(dòng)，形成兩列振幅分別為10cm、20cm的相向傳播的機(jī)械波。已知P點(diǎn)形成的波的傳播速度為4m/s。時(shí)刻的波形如圖所示。下列判斷正確的有（）A．兩波源的起振方向相反B．兩列波無(wú)法形成穩(wěn)定的干涉圖樣C．時(shí)，在PQ之間（不含PQ兩點(diǎn)）繩上一共有2個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移為-25cmD．疊加穩(wěn)定后，處的質(zhì)點(diǎn)振幅小于處質(zhì)點(diǎn)的振幅7．兩列簡(jiǎn)諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，波速均為v=0.4m/s，兩個(gè)波源分別位于x=-0.2m和x=1.2m處，波源的振幅均為2cm。如圖所示為t=0時(shí)刻兩列波的圖像，此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q兩質(zhì)點(diǎn)剛開(kāi)始振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)M的平衡位置位于x=0.5m處。下列判斷正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)M剛開(kāi)始振動(dòng)時(shí)的方向沿y軸的正方向B．t＝1.75s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P、Q的位移均為2cmC．t＝0~2s時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)M經(jīng)過(guò)的路程為32cmD．t＝2.5s時(shí)，兩波源間振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)有7個(gè)二、多選題8．如圖所示，在同一均勻介質(zhì)中的x軸上有兩個(gè)波源S1、S2，S1在坐標(biāo)原點(diǎn)，S2在x=10m處，兩波源處的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)從平衡位置開(kāi)始振動(dòng)，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，開(kāi)始振動(dòng)的方向完全相反，波源S1形成的簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中沿x軸正方向傳播，S2形成的簡(jiǎn)諧橫波在介質(zhì)中沿x軸負(fù)方向傳播，t=1s時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)A開(kāi)始起振且開(kāi)始起振的方向沿y軸正向，兩列波疊加后能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，則下列說(shuō)法正確的是（）A．波源S2處的質(zhì)點(diǎn)沿y軸負(fù)方向開(kāi)始起振B．波源S2處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)傳播速度大小為4m/sC．x=5m處為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)D．若x=2m處為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，則x=8m處也為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)E．若x=2m處為振動(dòng)減弱點(diǎn)，則每列波的波長(zhǎng)可能為3m9．甲、乙兩列簡(jiǎn)諧橫波在同種均勻介質(zhì)中傳播，如圖所示為t=0時(shí)刻兩列波恰好在坐標(biāo)原點(diǎn)相遇時(shí)的波形圖，甲波的頻率為2Hz，沿x軸正方向傳播，乙波沿x軸負(fù)方向傳播，則（）A．乙波的傳播速度大小為4m/sB．t=0至t=1s時(shí)間內(nèi)x=1m處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)路程為2.2mC．兩列波疊加后，?3m＜x＜3m內(nèi)振幅為0的質(zhì)點(diǎn)共有6處D．兩列波疊加后，?3m＜x＜3m內(nèi)振幅為10cm的質(zhì)點(diǎn)比振幅為30cm的質(zhì)點(diǎn)多10．有兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同、振幅均為A、傳播方向互相垂直的平