2024-2025學年高中物理第12章機械波第4節(jié)波的衍射和干涉課后練習含解析新人教版選修3-4

PAGE5-波的衍射和干涉基礎夯實一、選擇題(1～3題為單選題，4～6題為多選題)1．下列現(xiàn)象不屬于波的明顯衍射現(xiàn)象的是(D)A．“隔墻有耳”B．“空山不見人，但聞人語聲”C．河中蘆葦后面沒有留下無波的區(qū)域D．池中假山前有水波，假山后無水波解析：假山前有波，假山后無波，說明波沒有繞過障礙物，因此不屬于明顯衍射現(xiàn)象，故選D。2．如圖所示，正中O是水面上一波源，實、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔，經(jīng)過一段時間，水面上的波形將分布于(B)A．整個區(qū)域B．陰影Ⅰ以外區(qū)域C．陰影Ⅱ以外區(qū)域D．陰影Ⅲ以外區(qū)域解析：由題圖中可直觀看出，半波長為實虛兩圓半徑之差，且可看出擋板A的尺寸比波長大得多，而小孔B與波長長度差不多。據(jù)波發(fā)生明顯衍射的條件知道，該波在擋板A處的衍射現(xiàn)象很不明顯，即可認為波沿直線傳播，故Ⅰ區(qū)內(nèi)水面無波形，故A、C、D選項不正確；該波的波長與小孔B差不多，能夠產(chǎn)生明顯的衍射，故在陰影區(qū)Ⅲ、Ⅱ之內(nèi)，明顯存在衍射波的波形，故B選項正確。3．已知空氣中的聲速為340m/s?，F(xiàn)有幾種聲波：①周期為1/20s，②頻率為104Hz，③波長為10m。它們傳播時若遇到寬約為13m的障礙物，能產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象的是(C)A．①和② B．②和③C．①和③ D．都可以解析：①、②、③三種聲波的波長分別為λ1＝340×eq\f(1,20)m＝17m，λ2＝eq\f(340,104)m＝0.034m，λ3＝10m，依據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，①、③兩聲波的波長與障礙物的尺寸差不多，能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，故C正確。4.在空氣中的同一區(qū)域內(nèi)，兩列聲波波源的振動狀況如圖所示，可以確定的是(BD)A．a(chǎn)波源的頻率為b波源頻率的2倍B．a(chǎn)波的波長為b波波長的2倍C．a(chǎn)、b兩列波疊加能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉D．通過同一狹縫，a波的衍射效果比b波明顯解析：由波的圖象可以看出，a波的周期是b波的2倍，因為波速相等(同一介質(zhì))，由波速公式v＝λf可知a波的波長等于b波的2倍，故A錯而B正確；兩列波相干的條件是頻率必需相等，可知a、b兩列波疊加不會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉，C錯誤；波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，故D選項正確。5.兩個振動狀況完全一樣的波源S1和S2相距6m，它們在空間產(chǎn)生的干涉圖樣如圖所示，圖中實線表示振動加強的區(qū)域，虛線表示振動減弱的區(qū)域。下列說法正確的是(AC)A．兩波源的振動頻率確定相同B．虛線確定是波谷與波谷相遇處C．兩列波的波長都是2mD．兩列波的波長都是1m解析：因為形成穩(wěn)定的干涉圖樣，所以兩波源的頻率確定相同，A正確；因為S1和S2相距6m，由干涉圖樣可得，兩列波的波長都是2m，C正確D錯誤；虛線是振動減弱區(qū)，是波峰與波谷相遇處，B錯誤。6．一列水波通過某孔的實際狀況如圖(1)所示，現(xiàn)把孔的尺寸變小，或者把水波的波長變大，水波通過孔后的假想狀況如圖(2)四幅圖所示，其假想錯誤的圖示有(BD)解析：衍射現(xiàn)象是普遍存在的。波遇到障礙物時都有繞過障礙物的特性，即衍射現(xiàn)象，但只有當障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多時才能視察到明顯的衍射現(xiàn)象。二、非選擇題7．如圖所示，S是水面波的波源，x、y是擋板，S1、S2是兩個狹縫(SS1＝SS2，狹縫的尺寸比波長小得多)，試回答以下問題：(1)若閉上S1，只打開S2會看到什么現(xiàn)象？(2)若S1、S2都打開，會發(fā)生什么現(xiàn)象？(3)上圖中若實線和虛線分別表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各點中，哪些點向上振動最強，哪些點向下振動最強，哪些點振動最弱？解析：(1)只打開S2時，波源S產(chǎn)生的波傳播到狹縫S2時，由于狹縫的尺寸比波長小，于是水面波在狹縫S2處發(fā)生衍射現(xiàn)象，水面波以狹縫S2處為波源向擋板另一側(cè)傳播開來。(2)由于SS1＝SS2，從波源發(fā)出的水波傳播到S1、S2處時它們的振動狀況完全相同，當S1、S2都打開時產(chǎn)生相干波，它們在空間相遇時產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，一些地方振動加強，一些地方振動減弱，加強區(qū)與減弱區(qū)相互隔開，發(fā)生穩(wěn)定的干涉。(3)質(zhì)點D是波峰與波峰相遇處，是該時刻向上振動最強點，質(zhì)點B是波谷與波谷相遇處，是該時刻向下振動最強點，質(zhì)點A、C是波峰與波谷相遇的地方，這兩點振動最弱。加強和減弱是指質(zhì)點的猛烈程度，或者說是振幅大小的差異，加強點的振幅大，減弱點振幅小，但它們的位移是隨時間改變的，某一時刻加強點的位移完全可以小于減弱點的位移，當然也可以為零。實力提升一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，墻的一側(cè)O點有一個正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點走到墻后的B點，在此過程中，假如從聲波的衍射來考慮，則會聽到(D)A．聲音變響，男聲比女聲更響B(tài)．聲音變響，女聲比男聲更響C．聲音變?nèi)?，男聲比女聲更弱D．聲音變?nèi)?，女聲比男聲更弱解析：由于MN很高大，故衍射現(xiàn)象比較弱，由于女聲音調(diào)更高，波長更小，所以衍射更不明顯。2．兩個不等幅的脈沖波在勻稱介質(zhì)中均以1.0m/s的速率沿同始終線相向傳播，t＝0時刻的波形如圖所示，圖中小方格的邊長為0.1m，則以下不同時刻，波形不正確的是(C)解析：當t＝0.3s時，出現(xiàn)A圖的波形，這時由s＝vt＝0.3m可知，兩波正好剛相遇，所以A正確，同理B與D也正確，C不正確。3．在學校運動場上50m直跑道的兩端，分別安裝了由同一信號發(fā)生器帶動的兩個相同的揚聲器。兩個揚聲器連續(xù)發(fā)出波長為5m的聲波。一同學從該跑道的中點動身，向某一端點緩慢行進10m。在此過程中，他聽到揚聲器聲音由強變?nèi)醯拇螖?shù)為(B)A．2 B．4C．6 D．8解析：依據(jù)波的干涉的加強點和減弱點的條件，可知當某點與兩個波源距離差為波長的整數(shù)倍時，該點為振動加強點，即聲音加強點，由題可知，Δx＝nλ＝5n(n＝0,1,2…)，所以這位同學距離跑道兩端相差5m的整數(shù)倍，也就是說這位同學每向前運動2.5m，就為一個聲音加強點，10m內(nèi)共有4個點，故選B。4．(2024·遼寧省大連市高二下學期期中)圖甲為一列橫波在t＝0時的波動圖象，圖乙為該波中x＝2m處質(zhì)點P的振動圖象，下列說法正確的是(CD)A．若此波遇到另一列簡諧橫波并發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，則所遇到的波的頻率為0.25HzB．若該波能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，則該波所遇到的障礙物尺寸確定比4m大許多C．再過0.5s，P點的動能最大D．波沿x軸正方向傳播解析：由圖乙可知該波的頻率為1Hz，由波的干涉條件可知選項A錯誤；由圖甲可知該波的波長λ＝4m，所以選項B錯誤；再過0.5sP點處于平衡位置動能最大，選項C正確；由甲、乙圖象可判選項D正確。5.如圖表示兩列同頻率相干水波在t＝0時刻的疊加狀況，圖中實線表示波峰，虛線表示波谷，已知兩列波的振幅均為2cm(且在圖中所示范圍內(nèi)振幅不變)，波速為2m/s，波長為0.4m，E點為BD連線和AC連線的交點。下列敘述正確的是(AC)A．A、C兩點都是振動減弱點B．振動加強的點只有B、E、DC．直線BD上的全部點都是振動加強的D．B、D兩點在該時刻的豎直高度差為4cm解析：A、C兩點是振動減弱點，A正確；直線BD上的全部點都是振動加強點，B錯，C對；B點是波谷與波谷相遇，D點是波峰與波峰相遇，所以B、D兩點該時刻豎直高度相差8cm，D錯誤。二、非選擇題6．如圖所示，相鄰實線間的距離等于一個波長，試大致畫出波通過孔A和B以及遇到障礙物C和D之后的傳播狀況。答案：解析：由題圖可知，孔A和障礙物D跟波長相差不多，因此，從孔A傳出的波和遇障礙物D之后的波均有明顯的衍射現(xiàn)象；孔B和障礙物C跟波長相比相差較大，因此，從孔B傳出的波和遇障礙物C之后的波無明顯的衍射現(xiàn)象。在畫通過孔A的衍射波時要強調(diào)畫出的同心半圓都是以孔A為圓心的；遇障礙物D之后波的傳播并沒有受影響；而從孔B傳出的波和遇障礙物C之后的波只沿直線傳播。所以從孔A、B傳出的波和遇障礙物C、D之后的波如圖所示。7．干涉型消聲器能有效地消退低頻噪聲，發(fā)動機(正常工作期間)周期性排氣噪聲，就是一種典型的低頻噪聲。一臺四缸四沖程發(fā)動機，當它以2000r/min的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，其峰值頻率在200Hz以下的噪聲較大。所以常用干涉型消聲器來消退這類低速轉(zhuǎn)動發(fā)動機所發(fā)出的低頻噪聲，一臺帶有干涉消聲器的柴油發(fā)動機經(jīng)消聲處理后，其排氣噪聲可以降低10dB以上，干涉型消聲器以其結(jié)構(gòu)簡潔，價格低廉，消聲效果好，