選擇性必修 第一冊第3節(jié) 波的干涉和衍射綜合訓(xùn)練題

這是一份選擇性必修 第一冊第3節(jié) 波的干涉和衍射綜合訓(xùn)練題，共13頁。試卷主要包含了4 m，下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是等內(nèi)容，歡迎下載使用。
基礎(chǔ)過關(guān)練
題組一 波的疊加
1.(多選題)(2024山東煙臺招遠(yuǎn)第二中學(xué)階段檢測)兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇。下列說法正確的是( )
A.波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅為|A1-A2|
B.波峰與波峰相遇處質(zhì)點相對平衡位置的位移始終為A1+A2
C.波峰與波谷相遇處質(zhì)點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點的位移
D.波峰與波峰相遇處質(zhì)點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅
2.如圖所示,實線和虛線表示兩個波長和振幅都相同的簡諧橫波(各只有半個波形),兩波在同一根彈性繩上分別向左、向右傳播,某一時刻兩列波的位置如圖所示。P、Q、S表示彈性繩上的三個質(zhì)點的平衡位置,下列說法正確的是( )
A.該時刻P的速度向上,Q的速度為零,S的速度向下
B.該時刻P的速度向下,Q的速度為零,S的速度向下
C.該時刻P、Q、S都處于各自的平衡位置,各點振動速度相同
D.該時刻P、Q、S都處于各自的平衡位置,但Q的速度最大
3.(多選題)(2024山東濟(jì)南開學(xué)考試)如圖所示,在某一均勻介質(zhì)中,M、N是振動情況完全相同的兩個波源,其簡諧運動表達(dá)式均為y=0.2 sin 10πt m,介質(zhì)中P點與M、N兩波源間的距離分別為3 m和4 m,兩波源形成的簡諧橫波分別沿MP、NP方向傳播,波速都是10 m/s。下列說法中正確的是( )
A.簡諧橫波的波長為2 m
B.當(dāng)M位于波峰時,P也位于波峰
C.P的振幅為0.4 m
D.P的振幅為0
題組二 波的干涉現(xiàn)象
4.兩列水波周期均為2×10-2 s,振幅均為1 cm,它們相遇的區(qū)域中,實線表示波峰,虛線表示波谷,如圖所示,下列圖中能表示B點的振動圖像的是( )
5.(多選題)如圖所示,S1、S2是振動情況完全相同的兩個機械波波源,a、b、c三點位于S1、S2連線的中垂線上,且ab=bc。某時刻a是兩列波的波峰相遇點,c是與a相鄰的兩列波的波谷相遇點,則( )
A.a、b、c都是振動加強的點
B.b是振動減弱的點
C.經(jīng)過T4質(zhì)點b在波峰
D.經(jīng)過T4質(zhì)點b在波谷
6.(2024江蘇淮安調(diào)研)如圖所示是水面上兩列頻率相同的波在某時刻的疊加情況,以波源S1、S2為圓心的兩組同心圓弧表示同一時刻兩列波的波峰(實線)和波谷(虛線);S1的振幅A1=4 cm,S2的振幅A2=3 cm,則下列說法正確的是( )
A.質(zhì)點D是振動減弱點
B.質(zhì)點A、D在該時刻的高度差為14 cm
C.再過半個周期,質(zhì)點B、C是振動加強點
D.質(zhì)點C此刻以后將向上振動
7.(2024福建龍巖期末)消除噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個重要課題。消聲器可以用來削弱內(nèi)燃機、通風(fēng)機等排放高速氣流過程中發(fā)出的噪聲。某消聲器的結(jié)構(gòu)及氣流運行如圖所示,波長為λ的聲波沿水平管道自左向右傳播,當(dāng)聲波到達(dá)a處時,分成兩列波,它們分別通過r1和r2的路程,再在b處相遇,從而達(dá)到削弱噪聲的目的。下列說法正確的是( )
A.該消聲器是根據(jù)波的衍射原理設(shè)計的
B.若兩列波到達(dá)b點的路程差Δr=r2-r1,則Δr等于12λ的奇數(shù)倍
C.若聲波的頻率發(fā)生改變,則聲波的傳播速度也發(fā)生改變
D.若b、c在同一條直線上,b、c之間的距離為12λ,則c為聲波的加強點
題組三 波的衍射現(xiàn)象
8.(多選題)下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是( )
A.衍射是機械波特有的現(xiàn)象
B.對同一列波,縫、孔或障礙物越小衍射現(xiàn)象越明顯
C.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象,縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象
D.聲波容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大
9.如圖所示,圖中O點是水面上一波源,實線、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( )
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.上述選項均不對
10.(2024江蘇鹽城射陽中學(xué)期中)某同學(xué)觀察到波長不同的水波通過三個寬度相同的狹縫時的現(xiàn)象,在甲、乙、丙三幅照片中,波長分別是狹縫寬度的710、510、310,如圖所示,下列說法正確的是( )

A.水波通過狹縫后波長變短
B.這是水波的衍射現(xiàn)象,有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象
C.此現(xiàn)象可以說明,波長一定,縫越窄,衍射現(xiàn)象越明顯
D.此現(xiàn)象可以說明,縫寬一定,波長越長,衍射現(xiàn)象越明顯
11.(2024山東棗莊聯(lián)考)在水槽里放兩塊擋板,中間留一個狹縫,水波通過狹縫的傳播情況如圖所示。若在擋板后M點放置一乒乓球,乒乓球沒有振動起來,下列說法正確的是( )
A.為使乒乓球振動起來,可適當(dāng)增加波源的振動頻率
B.為使乒乓球振動起來,可適當(dāng)增加波源的振動振幅
C.為使乒乓球振動起來,可適當(dāng)減小狹縫的寬度
D.乒乓球振動起來后,會隨水波的傳播向遠(yuǎn)處運動
能力提升練
題組一 波的干涉的應(yīng)用
1.(2023山東日照模擬預(yù)測)如圖甲,在xy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧運動的點波源S1(0,4 m)和S2(0,-2 m),兩波源的振動圖線分別如圖乙和圖丙所示,兩列波的波速均為1.00 m/s。A點坐標(biāo)(8 m,-2 m),B點坐標(biāo)(4 m,1 m),C點坐標(biāo)(0 m,0.75 m),則下列說法正確的是( )

A.穩(wěn)定后A點為減弱點
B.穩(wěn)定后B點為加強點
C.穩(wěn)定后C處質(zhì)點振動的表達(dá)式z=6 sin (πt) cm
D.穩(wěn)定后C處質(zhì)點振動的表達(dá)式z=6 sin (πt-π) cm
2.(2024山西運城期中)甲、乙兩列簡諧橫波在同一均勻介質(zhì)中傳播,波源位于x=0處的甲波沿x軸正方向傳播,波源位于x=12 m處的乙波沿x軸負(fù)方向傳播,t=0時刻兩列波的波形圖如圖所示。已知甲、乙波速都為v=8 m/s,下列說法正確的是( )
A.甲、乙兩列波不能發(fā)生穩(wěn)定的干涉
B.t=0時刻,平衡位置分別在x=2 m與x=10 m處的兩質(zhì)點振動方向相同
C.兩列波疊加后,x=5 m處為振動減弱點
D.t=0.5 s時刻,平衡位置在x=5 m處的質(zhì)點第一次到達(dá)y=-9 cm處
3.(2024湖北武漢期中聯(lián)考)如圖所示,S1、S2是水面上兩個振動情況完全相同的波源,其振動方向為豎直方向,S1、S2發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣,且波長均為2 cm。P是水面上的一點,且S1、S2、P三點剛好構(gòu)成一個直角三角形,S1、S2兩點之間的距離為6 cm,∠S1PS2=53°。下列說法中正確的是( )
A.S1、S2連線中點始終處于最大位移
B.S1、P連線上(不包含S1點)共有2個振動加強點
C.S1、S2連線上(不包含S1、S2兩點)共有3個振動加強點
D.P點是振動減弱點
題組二 波的干涉與衍射現(xiàn)象的判斷
4.如圖所示,S是水波的波源,x、y是擋板,S1、S2是兩個狹縫(SS1=SS2,狹縫的尺寸比波長小),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)若圖中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?
答案全解全析
基礎(chǔ)過關(guān)練
1.AD 波峰與波谷相遇處,振幅相消,故實際振幅為|A1-A2|,故選項A正確;波峰與波峰相遇處,質(zhì)點的振幅最大,合振幅為A1+A2,但此處質(zhì)點仍處于振動狀態(tài)中,其位移隨時間按正弦規(guī)律變化,故選項B錯誤;振動減弱點和加強點的位移隨時間按正弦規(guī)律變化,選項C錯誤;波峰與波峰相遇處振動加強,波峰與波谷相遇處振動減弱,振動加強點的振幅大于振動減弱點的振幅,故選項D正確。
2.A 由題圖及振動的疊加可知,該時刻P、Q、S都處于各自的平衡位置。該時刻,向左的波使質(zhì)點P向上振動,向右的波使質(zhì)點P向上振動,疊加后P的速度向上;Q質(zhì)點此時是波峰和波谷相遇,速度為0;向左的波使質(zhì)點S向下振動,向右的波使質(zhì)點S向下振動,疊加后S的速度向下,A正確,B、C、D錯誤。
3.AD 根據(jù)簡諧運動表達(dá)式可知波的周期為T=2πω=2π10π s=15 s,由λ=vT可得該波的波長為λ=10×0.2 m=2 m,A正確;P點與M、N兩波源間的距離與波長的關(guān)系為xPM=3 m=112λ,xPN=4 m=2λ,由于M、N是振動情況完全相同的兩個波源,當(dāng)M、
N位于波峰時,P位于平衡位置,B錯誤;P點與M、N兩波源間的距離之差Δs=4 m-3 m=1 m=λ2,可知P點為振動減弱點,振幅為零,C錯誤,D正確。
4.C 由題可知B點為振動加強點,其振幅為A=A1+A2=2 cm,周期不變,仍為2×10-2 s。綜上分析,C正確。
5.AC a、b、c三點到波源S1與到波源S2的距離相等,三點都是振動加強點,選項A正確,B錯誤;由題意可知b點是ac的中點,某時刻a是兩列波的波峰相遇點,c是與a相鄰的兩列波的波谷相遇點,則經(jīng)過T4兩列波的波峰傳到b,質(zhì)點b在波峰,選項C正確,D錯誤。
6.B 由圖像可知,D點為兩列波的波谷相遇點,是振動加強點,選項A錯誤;此時A點在加強后的最高點,D點在加強后的最低點,由波的疊加原理可知A、D的高度差為14 cm,選項B正確;由于兩列波的頻率相等,疊加后會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,所以A、D點始終是振動加強點,B、C點始終是振動減弱點,選項C錯誤;質(zhì)點C為振動減弱點,此刻在上方最大位移處,故質(zhì)點C此刻以后將向下振動,故D錯誤。
7.B 該消聲器是根據(jù)波的干涉原理設(shè)計的,A錯誤;兩列相干波在b處相遇振動減弱,所以兩列相干波到達(dá)b點的路程差Δr應(yīng)等于12λ的奇數(shù)倍,B正確;由于聲波的傳播速度由介質(zhì)決定,所以聲波的頻率發(fā)生改變,聲波的傳播速度不發(fā)生改變,C錯誤;b、c在同一條直線上,b、c之間的距離為12λ,當(dāng)兩列相干波到達(dá)c點時,路程差仍然等于12λ的奇數(shù)倍,則c為聲波的減弱點,D錯誤。
8.BD 衍射是一切波特有的現(xiàn)象,所以A、C錯;發(fā)生明顯衍射的條件是縫、孔或障礙物的尺寸比波長小或跟波長差不多,縫、孔或障礙物越小,衍射現(xiàn)象越明顯,B、D對。
9.B 從題圖中可以看出擋板A的長度大于水波波長,因此波不會繞過擋板A,而小孔B的大小與波長差不多,能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故B項正確。
10.D 水波通過狹縫后波長不變,A錯誤;這是水波的衍射現(xiàn)象,衍射是波特有的性質(zhì),任何波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,B錯誤;該實驗的狹縫寬度相等,波長不等,此現(xiàn)象說明,縫寬一定,波長越長,衍射現(xiàn)象越明顯,C錯誤,D正確。
11.C 增大波源的振動頻率,則波長會變小,衍射現(xiàn)象較之前變得不明顯,A錯誤;適當(dāng)增加波源的振動振幅,對衍射現(xiàn)象無影響,B錯誤;適當(dāng)減小狹縫的寬度,衍射現(xiàn)象更加明顯,乒乓球的振動會變得比原來更明顯,C正確;乒乓球振動起來后,乒乓球在平衡位置附近振動,但不會向遠(yuǎn)處傳播,D錯誤。
能力提升練
1.D 由幾何關(guān)系可知AS1=10 m,AS2=8 m,波程差為2 m,同理可得BS1-BS2=0,又λ=vT=2 m,兩個波源傳到A點差一個波長,傳到B點同時到達(dá),而波源的起振方向一個是從平衡位置向下振動、一個從波峰向下振動,故A、B既不是振動加強的點也不是振動減弱的點,A、B錯誤;S2傳到C點的時間為t1=2.751 s=2.75 s,S1傳到C點的時間為t2=3.251 s=3.25 s,因此可知時間差為0.5 s,
即S2引起的振動從波峰到平衡位置向下運動時S1的振動形式剛傳播過來,因此
C點為振動加強點,振幅為6 cm,有ω=2πT=π,所以穩(wěn)定后C處質(zhì)點振動的表達(dá)式為z=6 sin (πt-π) cm,C錯誤,D正確。
方法技巧 波的干涉的三點說明
(1)振動加強的點和振動減弱的點始終以振源的頻率振動,其振幅不變(若是振動減弱點,振幅可為0)。振動加強點并不是始終處于波峰,其位移隨時間不斷變化,只是振幅等于兩列波的振幅之和。
(2)振動減弱的質(zhì)點并非一定不振動,只是振幅較小,等于兩列波的振幅之差。
(3)明顯的干涉圖樣除了滿足相干條件外,還必須滿足兩列波振幅差別不大。振幅越是接近,干涉圖樣越明顯。
2.D 由題圖可知,甲、乙兩列波的波長相同,相位差恒定,波速都為v=8 m/s,則甲、乙兩列波的頻率相同,所以甲、乙兩列波能發(fā)生穩(wěn)定的干涉,A錯誤;t=0時刻,平衡位置在x=2 m處的質(zhì)點向y軸負(fù)方向振動,平衡位置在x=10 m處的質(zhì)點向y軸正方向振動,B錯誤;兩波源到x=5 m處的路程差為2 m,恰好為兩列波的波長的一半,由于兩列波的波源振動步調(diào)相反,則兩列波疊加后,x=5 m處為振動加強點,C錯誤;t=0.5 s時刻,甲、乙兩列波的波谷第一次同時傳到x=5 m處,所以此時平衡位置在x=5 m處的質(zhì)點第一次到達(dá)y=-9 cm處,D正確。
3.D S1、S2連線中點是振動加強點,其在自己的平衡位置附近做簡諧運動,不是始終處于最大位移處,A錯誤;由幾何關(guān)系可知,S1P的長度為S1P=S1S2tan53°=4.5 cm,S2P的長度為S2P=S1S2sin53°=7.5 cm,則P點到兩列波的波源的波程差為Δx=S2P-S1P=3 cm=3·λ2,所以P點是振動減弱點,D正確;由于兩列波的振動情況完全相同,則當(dāng)波程差等于半波長的偶數(shù)倍時,該點為振動加強點,所以S1、S2連線上(不包含S1、S2兩點)共有5個振動加強點,分別在距離S1為1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm的位置,故C錯誤;設(shè)Q在S1、P連線上為振動加強點,因為兩列波振動情況完全相同,則當(dāng)波程差等于半波長的偶數(shù)倍時,即滿足Δx=QS2-QS1=2n·λ2(n=0,1,2,…),QS22=QS12+S1S22,所以S1P連線上(不包含S1點)只有1個振動加強點,在距離S1為2.5 cm的位置,故B錯誤。
4.答案 見解析
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,故水波在狹縫S2處發(fā)生衍射現(xiàn)象,水波以狹縫S2處為波源向擋板另一側(cè)傳播。
(2)由于SS1=SS2,從波源發(fā)出的水波傳播到S1、S2處時它們的振動情況完全相同。當(dāng)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,振動加強區(qū)與振動減弱區(qū)相互隔開,發(fā)生明顯的干涉。
(3)質(zhì)點D處波峰與波峰相遇,是圖示時刻向上振動的最強點;質(zhì)點B處波谷與波谷相遇,是圖示時刻向下振動的最強點;質(zhì)點A、C處波峰與波谷相遇,這兩質(zhì)點振動最弱。
1.AD
2.A
3.AD
4.C
5.AC
6.B
7.B
8.BD
9.B
10.D
11.C