2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 機(jī)械波 第3、4節(jié) 波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教學(xué)案 魯科版選修3-4
《2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 機(jī)械波 第3、4節(jié) 波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教學(xué)案 魯科版選修3-4》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 機(jī)械波 第3、4節(jié) 波的干涉和衍射 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教學(xué)案 魯科版選修3-4(13頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 第3、4節(jié) 波的干涉和衍射__多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 1.兩列波相遇會發(fā)生疊加,當(dāng)兩列波頻率和振動(dòng)方向相同時(shí),會發(fā)生波的干涉。在干涉區(qū)域,振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)總是加強(qiáng)的,振動(dòng)減弱的點(diǎn)總是減弱的。 2.波的衍射是波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象。當(dāng)障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多或比波長小時(shí)會發(fā)生明顯的衍射。 3.干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象,不僅機(jī)械波能衍射和干涉,電磁波也能衍射和干涉。 4.當(dāng)波源與觀察者互相靠近或互相遠(yuǎn)離時(shí),接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象,這就是多普勒效應(yīng)。 波的干涉現(xiàn)象 [自讀教材·抓基礎(chǔ)] 1.波的疊
2、加原理 (1)波的獨(dú)立傳播特性:波在相遇時(shí)仍然能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播,相遇的波一旦脫離接觸又會恢復(fù)原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播。 (2)波的疊加原理:波在相遇的區(qū)域里,介質(zhì)內(nèi)部的質(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)存在時(shí)到達(dá)該處引起的位移的疊加(矢量和)。 2.波的干涉 (1)定義:振動(dòng)頻率和振動(dòng)方向相同的兩列波疊加后,振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象。 (2)干涉圖樣:波的干涉中所形成的圖樣,如圖2-3-1所示。 圖2-3-1 (3)干涉條件:頻率和振動(dòng)方向相同的波。 (4)一切波都能發(fā)生干涉,干涉是波特有的現(xiàn)象。 [跟隨名師·解
3、疑難] 1.干涉圖樣的特點(diǎn) (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。 2.振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的判斷 (1)從振幅判斷:振幅為兩列波的振幅之和的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),加強(qiáng)點(diǎn)連成的區(qū)域?yàn)榧訌?qiáng)區(qū);振幅為兩列波的振幅之差的點(diǎn)為減弱點(diǎn),減弱點(diǎn)連成的區(qū)域?yàn)闇p弱區(qū)。 (2)從條件上判斷:振動(dòng)方向始終相同的兩波源產(chǎn)生的波疊加時(shí),加強(qiáng)、減弱條件如下:設(shè)點(diǎn)到兩波源的距離之差為Δr,那么當(dāng)Δr=kλ(k=0,1,2…)時(shí)該點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn),當(dāng)Δr=kλ+(k=0,1,2…)時(shí)為減弱點(diǎn),若兩波源振動(dòng)方向始終相反,則上述結(jié)論
4、正好相反。 (3)從現(xiàn)象上判斷:若某時(shí)刻某點(diǎn)是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇,該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn);若某時(shí)刻某點(diǎn)是波峰與波谷相遇,則該點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。 [特別提醒] 對“加強(qiáng)區(qū)”和“減弱區(qū)”的理解 在波的干涉現(xiàn)象中,加強(qiáng)區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振幅A最大;減弱區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振幅A最小。設(shè)兩個(gè)相干波源單獨(dú)引起的振幅分別為A1和A2,則在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為A1+A2,在振動(dòng)減弱區(qū)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為|A1-A2|。不論加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)中的質(zhì)點(diǎn),都仍在其平衡位置附近振動(dòng),它們的振動(dòng)位移仍隨時(shí)間發(fā)生周期性變化。因此,某一時(shí)刻,加強(qiáng)區(qū)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移可能小于減弱區(qū)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移。若A1=
5、A2,則減弱區(qū)中質(zhì)點(diǎn)的振幅為零,不振動(dòng)。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 關(guān)于兩波相遇時(shí)疊加的說法正確的是( ) A.相遇后,振幅小的一列波將減弱,振幅大的一列波將加強(qiáng) B.相遇后,兩列波的振動(dòng)情況與相遇前完全不同 C.在相遇區(qū)域,任一點(diǎn)的總位移總是大于每一列波引起的位移 D.在相遇區(qū)域,任一點(diǎn)的總位移可能大于每列波單獨(dú)傳播時(shí)的位移,也可能小于每列波單獨(dú)傳播時(shí)的位移 解析:選D 根據(jù)波的疊加原理可知,兩列波相遇時(shí)與其單獨(dú)存在時(shí)的振動(dòng)是一樣的,所以A、B錯(cuò)誤;又波疊加時(shí),其位移為兩列波位移的矢量和,所以C錯(cuò)誤,D正確。 波的衍射現(xiàn)象 [自讀教材·抓基
6、礎(chǔ)] 1.定義:波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 2.發(fā)生明顯衍射的條件 縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多,或者比波長小。 3.一切波都能發(fā)生衍射,衍射是波的特有現(xiàn)象。 [跟隨名師·解疑難] 怎么理解波發(fā)生明顯衍射的條件? (1)衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都可以發(fā)生衍射。凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。 (2)波的衍射總是存在的,只有“明顯”與“不明顯”的差異。波長較長的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 (3)波傳到小孔(障礙物)時(shí),小孔(障礙物)仿佛一個(gè)新波源,由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(障礙物)后傳播,就偏離了直線方向。因此,波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況。
7、 [特別提醒] (1)障礙物的尺寸的大小不是發(fā)生衍射的條件,而是發(fā)生明顯衍射的條件,波長越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。 (2)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時(shí),盡管衍射十分突出,但衍射波的能量很弱,也很難觀察到波的衍射。 [學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 水波通過小孔,發(fā)生一定程度的衍射,為使衍射現(xiàn)象更不明顯,可以( ) A.增大小孔尺寸,同時(shí)增大水波的頻率 B.增大小孔尺寸,同時(shí)減小水波的頻率 C.縮小小孔尺寸,同時(shí)增大水波的頻率 D.縮小小孔尺寸,同時(shí)減小水波的頻率 解析:選A 發(fā)生明顯衍射的條件:小孔的尺寸與水波波長相差不多,或比水波波長小,為使衍射現(xiàn)象不明顯
8、,則應(yīng)增大小孔尺寸,同時(shí)減小水波的波長或增大水波的頻率。 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 [自讀教材·抓基礎(chǔ)] 1.定義 由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng),使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 2.產(chǎn)生的原因 (1)波源與觀察者相對靜止時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)是一定的,觀察者觀測到的頻率等于波源振動(dòng)的頻率。 (2)波源與觀察者相互靠近時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)增加,觀察者觀測到的頻率大于波源的頻率,即觀察到的頻率變大。 (3)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),觀察到的頻率變小。 3.應(yīng)用 (1)測量車輛速度; (2)測量天體運(yùn)動(dòng)情況; (3)檢查病變; (4)跟
9、蹤目的物(如導(dǎo)彈、云層)等。
[跟隨名師·解疑難]
波源的頻率和觀察者接收到的頻率的關(guān)系
相對位置
圖示
結(jié)論
波源S和觀察者A相對介質(zhì)不動(dòng)
f波源=f觀察者,音調(diào)不變
波源S不動(dòng),觀察者A運(yùn)動(dòng),由A→B或A→C
若靠近波源,由A→B,則f波源 10、
A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),波源的頻率變化了
B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),觀察者接收的頻率發(fā)生了變化
C.多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的
D.多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的
解析:選A 當(dāng)波源和觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí),會發(fā)生多普勒效應(yīng),但波源的頻率并沒有發(fā)生變化,C正確,A錯(cuò)誤;多普勒效應(yīng)的本質(zhì)是觀察者接收的頻率不等于波源頻率,它由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn),B、D正確。
對波的干涉的考查
[典題例析]
1.圖2-3-2所示為兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇時(shí)產(chǎn)生的干涉圖樣。圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰,虛線表示波谷,下列說法正 11、確的是( )
圖2-3-2
①a、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱
②e、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間
③經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后,加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換
④經(jīng)半個(gè)周期后,原來位于波峰的點(diǎn)將位于波谷,原來位于波谷的點(diǎn)將位于波峰
A.①③ B.②③
C.①④ D.②④
[思路點(diǎn)撥]
(1)波的干涉圖樣所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況,形成干涉圖樣的所有質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著,其位移的大小和方向也在不停地變化著。
(2)對于穩(wěn)定的干涉,振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。
解析:a點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn),c是波峰和波峰相遇的點(diǎn),都是振動(dòng)加強(qiáng) 12、的點(diǎn);而b、d兩點(diǎn)是波峰和波谷相遇的點(diǎn),都是振動(dòng)減弱的點(diǎn),選項(xiàng)①正確;e點(diǎn)位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上,仍為加強(qiáng)點(diǎn),f點(diǎn)位于減弱點(diǎn)的連線上,仍為減弱點(diǎn),選項(xiàng)②錯(cuò)誤;相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的,不會隨時(shí)間變化,選項(xiàng)③錯(cuò)誤;因形成干涉圖樣的質(zhì)點(diǎn)都在不停地做周期性振動(dòng),經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反,選項(xiàng)④正確,故應(yīng)選C。
答案: C
[探規(guī)尋律]
波的干涉中,振動(dòng)的加強(qiáng)和減弱是指質(zhì)點(diǎn)的振幅,不是指質(zhì)點(diǎn)的位移,加強(qiáng)點(diǎn)的位移也做周期性變化。
[跟蹤演練]
如圖2-3-3所示是水平面上兩列頻率相同的波在某時(shí)刻的疊加情況,圖中實(shí)線為波峰,虛線為波谷。已知兩列波的振幅均為2 cm,波速均為2 m/s,波長均為 8 13、cm,E點(diǎn)是B、D和A、C連線的交點(diǎn),下列說法中正確的有( )
圖2-3-3
A.A、C兩質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)
B.B、D兩質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差是4 cm
C.E質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)減弱的點(diǎn)
D.經(jīng)0.02 s,B質(zhì)點(diǎn)通過的路程是8 cm
解析:選D 若某質(zhì)點(diǎn)是兩波峰或兩波谷相遇,則該點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),且振幅為兩列波各自引起的振幅之和;若為兩列波的波峰與波谷相遇,則振動(dòng)減弱。由圖可知,質(zhì)點(diǎn)A、C振動(dòng)減弱,B、D振動(dòng)加強(qiáng),故A錯(cuò)誤。此時(shí)D處的位移sD=2A=4 cm,B處的位移sB=-2A=-4 cm,所以豎直高度差為8 cm,故B錯(cuò)誤。再經(jīng)過后,兩列波波峰同時(shí)到E點(diǎn),即E點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),故 14、C錯(cuò)誤。由v=λf得f== Hz=25 Hz,因?yàn)檫@列波的頻率也是質(zhì)點(diǎn)B的振動(dòng)頻率,故質(zhì)點(diǎn)B在t=0.02 s內(nèi)通過的路程為sB=4A′tf=4×4×0.02×25 cm=8 cm,故D正確。
對波發(fā)生明顯衍射條件的考查
[典題例析]
2.如圖2-3-4所示為觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個(gè)波長。對于波經(jīng)過孔后的傳播情況,下列描述中錯(cuò)誤的是( )
圖2-3-4
A.能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象
B.擋板前后波紋間距離相等
C.如果將孔AB擴(kuò)大,有可能 15、觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象
D.如果孔的大小不變,波源頻率增大,能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象
[思路點(diǎn)撥] 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)方面:
(1)發(fā)生明顯衍射的條件;
(2)由圖分析孔的大小和波長的關(guān)系。
解析:從題圖中看出,水波波長跟小孔尺寸相差不大,此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象,如果孔AB擴(kuò)大到比波長大得多,就不能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,所以A、C均正確;波繞過障礙物后發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí),波的特征并未發(fā)生改變,即波的波長、頻率和波速不改變,故B選項(xiàng)正確;當(dāng)波的頻率增大,波速不變時(shí),波長λ=v/f變小,衍射現(xiàn)象就越不明顯,故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案:D
[探規(guī)尋律]
分析波是否能夠產(chǎn)生明顯衍射,一 16、定要抓住波長與縫隙、孔或障礙物的尺寸關(guān)系。只有波長接近或大于縫隙、孔或障礙物的尺寸時(shí),衍射現(xiàn)象才比較明顯。
[跟蹤演練]
如圖2-3-5所示,點(diǎn)O是水面上一波源,實(shí)、虛線分別表示該時(shí)該的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔,經(jīng)過一段時(shí)間,水面上的波形將分布于( )
圖2-3-5
A.整個(gè)區(qū)域
B.陰影Ⅰ以外區(qū)域
C.陰影Ⅱ以外區(qū)域
D.上述答案均不對
解析:選B 由題圖可以看出擋板A的尺寸比波長大得多,故衍射現(xiàn)象不明顯,Ⅰ區(qū)沒有水波;B孔與波長差不多,衍射現(xiàn)象明顯,故Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)都有水波,圖中空白區(qū)域水波可直接傳到,故B正確。
對多普勒效應(yīng)的考查
[典題例析]
3.公路 17、巡警開車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的超聲波,結(jié)果該超聲波被那輛轎車反射回來時(shí),巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出時(shí)低。
(1)此現(xiàn)象屬于( )
A.波的衍射 B.波的干涉
C.多普勒效應(yīng) D.波的反射
(2)若該路段限速為100 km/h,則該轎車是否超速?
(3)若該轎車以20 m/s的速度行進(jìn),反射回的頻率應(yīng)是怎樣的?
[思路點(diǎn)撥] 解答本題需掌握以下兩點(diǎn):
(1)若觀察者與波源相互遠(yuǎn)離,則接收到的頻率低于波源的頻率;
(2)若觀察者與波源相互靠近,則接收到的頻率高于波源的頻率。
解析: 18、(1)巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出時(shí)低,此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng),選項(xiàng)C正確。
(2)因巡警車接收到的頻率低,由多普勒效應(yīng)知巡警車與轎車在相互遠(yuǎn)離,而巡警車車速恒定且在后面,可判斷轎車車速比巡警車車速大,故該轎車超速。
(3)若該轎車以20 m/s的速度行進(jìn)時(shí),此時(shí)巡警車與轎車在相互靠近,由多普勒效應(yīng)知反射回的頻率應(yīng)偏高。
答案:(1)C (2)超速 (3)偏高
[探規(guī)尋律]
波源與觀察者間距離變化的判斷方法
多普勒效應(yīng)中判斷波源或觀察者的運(yùn)動(dòng)方向及速度時(shí),只需比較波源頻率f波源和觀察者感受到的頻率f觀察者間的大小關(guān)系,當(dāng)f波源>f觀察者時(shí),二者間距在增大,f波源<f觀察者時(shí),二者間距 19、在減小。
[跟蹤演練]
如圖2-3-6所示,向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車發(fā)出頻率為f的聲波,車左側(cè)A處的人感受到的聲波的頻率為f1,車右側(cè)B處的人感覺到的聲波的頻率為f2,則( )
圖2-3-6
A.f1<f,f2<f B.f1<f,f2>f
C.f1>f,f2>f D.f1>f,f2<f
解析:選D 由于波源相對A靠近,所以f1>f;而波源相對B遠(yuǎn)離,所以f2<f,所以選D。
[課堂雙基落實(shí)]
1.關(guān)于波的干涉現(xiàn)象,下列說法正確的是( )
A.兩列波在相遇區(qū)域內(nèi),一定能發(fā)生干涉現(xiàn)象
B.兩列波相互干涉是波疊加的結(jié)果
C.頻率相同的兩列波相遇時(shí),形成干涉 20、圖樣隨時(shí)間變化
D.振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn),位移始終最大
解析:選B 兩列相干波(頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定的兩列同種類波)在相遇區(qū)域才能發(fā)生干涉,A、C錯(cuò);波的疊加是波的干涉的成因,B正確;振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的振幅為兩列波的振幅之和,位移隨時(shí)間做周期性變化,D錯(cuò)。
2.如圖2-3-7中的各圖分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(A、B圖)或障礙物(C、D圖),其中不能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有( )
圖2-3-7
解析:選C 發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸比波長小,或與波長相差不多,由圖可知,A、B、D圖能明顯發(fā)生衍射現(xiàn)象,而C圖不能,故選C。
3.下面現(xiàn)象中沒有應(yīng)用多普勒 21、效應(yīng)的是( )。
A.利用地球上接收到的遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運(yùn)動(dòng)速度
B.交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波,波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來,根據(jù)接收到的頻率來測定汽車的速度,以便進(jìn)行交通管理
C.鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)行情況
D.有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去
解析:選C A項(xiàng)和B項(xiàng)是利用了光波和電磁波的多普勒效應(yīng)來進(jìn)行判斷的,C項(xiàng)是利用聲波在鐵軌中傳播快于在空氣中的傳播,D項(xiàng)也是利用聲波的多普勒效應(yīng),所以C選項(xiàng)正確。
4.兩列相干波在同一水平面上傳播,某時(shí)刻它們的波峰、波谷位置如圖2-3-8所示。圖中M 22、是波峰與波峰相遇點(diǎn),是凸起最高的位置之一?;卮鹣铝袉栴}:
圖2-3-8
(1)由圖中時(shí)刻經(jīng)T/4,質(zhì)點(diǎn)M相對平衡位置的位移是________。
(2)在圖中標(biāo)出的M、N、O、P、Q幾點(diǎn)中,振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是____________;振動(dòng)減弱的點(diǎn)是______________。
解析:(1)由圖中時(shí)刻經(jīng),兩列波的平衡位置傳到M點(diǎn)。疊加后質(zhì)點(diǎn)M相對平衡位置的位移是零。
(2)O點(diǎn)是兩列波的波谷與波谷相遇的點(diǎn),故是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),M點(diǎn)是波峰與波峰相遇的點(diǎn),故是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。P、Q兩點(diǎn)則位于振動(dòng)加強(qiáng)線上,故也是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn);N點(diǎn)是波峰與波谷相遇的點(diǎn),故是振動(dòng)減弱點(diǎn)。
答案:(1)0 (2)M、O、 23、P、Q N
[課下綜合檢測]
(時(shí)間:30分鐘 滿分:50分)
一、選擇題(共6小題,每小題5分,共30分,每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確。)
1.“聞其聲而不見其人”是因?yàn)橐话阏系K物的尺寸( )
A.跟聲波波長相差不多,聲波發(fā)生明顯衍射
B.比聲波波長大得多,聲波不能發(fā)生衍射
C.跟光波波長相差不多,光波也發(fā)生明顯衍射
D.比光波波長大得多,光波不能發(fā)生衍射
解析:選A 發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件為障礙物或孔的尺寸比波長小,或與波長相差不多,故C錯(cuò)誤;任何波都能發(fā)生衍射,衍射是波特有的現(xiàn)象,與障礙物大小無關(guān),故B、D錯(cuò)誤。
2.利用水波發(fā)生儀得到的水面波形如圖1中a、b所示,則( 24、 )
圖1
A.圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象
B.圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象
C.圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象,圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象
D.圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象
解析:選D 由波的干涉和衍射概念知,圖a是一列波的傳播,顯示了波的衍射現(xiàn)象,圖b是兩列波的傳播,顯示了波的干涉現(xiàn)象。
3.有一障礙物的尺寸為10 m,下列哪些波在遇到它時(shí)衍射現(xiàn)象最明顯( )
A.波長為4 m的機(jī)械波
B.波長為10 m的機(jī)械波
C.頻率為40 Hz的聲波
D.頻率為5 000 MHz的電磁波(波速為3×108 m/s)
解析:選B 空氣中聲波波速大約為340 m/s 25、,由λ=v/f可算出聲波的波長為8.5 m;頻率為5 000 MHz的電磁波的波長為0.06 m。所以選項(xiàng)B中波長與障礙物尺寸接近,衍射現(xiàn)象最明顯。
4.如圖2所示,MN是足夠長的水池邊,S1和S2是池中水面上兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的波源,它們激起的水波的波長均為2 m,S1、S2連線垂直MN于O,O處與S1、S2分別相距8 m和5 m,則O處的振動(dòng)情況是( )
圖2
A.振動(dòng)始終加強(qiáng) B.振動(dòng)始終減弱
C.振動(dòng)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱 D.無法判斷
解析:選B O點(diǎn)距兩個(gè)波源S1、S2的距離差Δr=(8-5) m=3 m,由于水波的波長為2 m,故Δr=λ,由此可知O點(diǎn)是振動(dòng)減 26、弱點(diǎn),且始終振動(dòng)減弱,故選項(xiàng)B正確。
5.如圖3所示表示兩列相干水波的疊加情況,圖中的實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,設(shè)兩列波的振幅均為5 cm,且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變,波速和波長分別為1 m/s和0.5 m。C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn),下列說法錯(cuò)誤的是( )
圖3
A.C、E兩點(diǎn)都保持靜止不動(dòng)
B.圖示時(shí)刻A、B兩點(diǎn)的豎直高度差為20 cm
C.圖示時(shí)刻C點(diǎn)正處在平衡位置且向上運(yùn)動(dòng)
D.從圖示的時(shí)刻起經(jīng)0.25 s后,B點(diǎn)通過的路程為20 cm
解析:選A 加強(qiáng)區(qū)是質(zhì)點(diǎn)A、B、E的連線處,減弱區(qū)是過D、F的連線處和過P、Q的連線處,C、E為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),不可能靜止不動(dòng)。圖示時(shí)刻 27、,A在波峰,B在波谷,它們的振動(dòng)是加強(qiáng)的,故振幅均為兩列波振幅之和,此時(shí)兩點(diǎn)的高度差為20 cm。波是由E向A處傳播的,在圖示時(shí)刻,A、B、C、E等質(zhì)點(diǎn)的波形圖如圖所示,由圖可知,C點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),波的周期T==0.5 s,t=0.25 s=,B點(diǎn)通過的路程為s=2A=2×10 cm=20 cm,故B、C、D正確。A錯(cuò)誤。
6.在同一地點(diǎn)有兩個(gè)靜止的聲源,發(fā)出的聲波1和聲波2在同一空間的空氣中沿同一方向傳播,如圖4所示為某時(shí)刻這兩列波的圖像,則下列說法中正確的是( )
圖4
A.聲波1的速度比聲波2的速度大
B.相對于同一障礙物,聲波1比聲波2更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象
C.在這兩 28、列波傳播的方向上,會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象
D.在這兩列波傳播方向上運(yùn)動(dòng)的觀察者,聽到這兩列波的頻率可以相同
解析:選B 不同頻率的聲波在同種介質(zhì)中傳播速率相同,A錯(cuò);由于聲波1的波長長,相對同一障礙物,聲波1比聲波2更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,B對;由f=可知,聲波 1 的頻率小,所以在這兩列波的傳播方向上,不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,C錯(cuò);由于兩列波頻率不同且沿同一方向傳播,據(jù)多普勒效應(yīng)可知沿波傳播方向上運(yùn)動(dòng)的觀察者,聽到這兩列波的頻率不同,D錯(cuò)。
二、非選擇題(共2小題,共20分)
7.(8分)如圖5所示,兩列簡諧橫波均沿x軸傳播,傳播速度的大小相等。其中一列沿x軸正方向傳播(如圖中實(shí)線所示),另一列 29、沿x軸負(fù)方向傳播(如圖中虛線所示)。這兩列波的頻率相等,振動(dòng)方向均沿y軸方向。則圖中x=1,2,3,4,5,6,7,8各點(diǎn)中振幅最大的是x=________處的點(diǎn),振幅最小的是x=________處的點(diǎn)。
圖5
解析:由波的疊加原理可知,x軸上任一質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波單獨(dú)引起的位移的矢量和。
對于x=4,8兩點(diǎn),兩列波單獨(dú)引起的兩個(gè)分振動(dòng)相差為0,故這兩點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)。
對于x=2,6兩點(diǎn),兩列波單獨(dú)引起的兩個(gè)分振動(dòng)相差為π,故這兩點(diǎn)振動(dòng)減弱。
答案:4,8 2,6
8.(12分)如圖6所示,S是水面波的波源,x、y是擋板,S1、S2是兩個(gè)狹縫,且SS1=SS2,狹縫的尺寸比波長小 30、得多,試回答以下問題:
圖6
(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)若實(shí)線和虛線分別表示波峰和波谷,那么在A、B、C、D各點(diǎn)中,哪些點(diǎn)向上振動(dòng)最強(qiáng),哪些點(diǎn)向下振動(dòng)最強(qiáng),哪些點(diǎn)振動(dòng)最弱?
解析:(1)只打開S2時(shí),波源S產(chǎn)生的波傳播到狹縫S2時(shí),由于狹縫的尺寸比波長小得多,于是水面波在狹縫S2處發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,水面波以狹縫S2為波源向擋板另一側(cè)傳播開來。
(2)由于SS1=SS2,所以從波源發(fā)出的水面波傳播到S1、S2處時(shí),它們的振動(dòng)情況完全相同,當(dāng)S1、S2都打開時(shí)產(chǎn)生相干波,它們在空間相遇時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,一些地方振動(dòng)加強(qiáng),一些地方振動(dòng)減弱,加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔開,發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象。
(3)質(zhì)點(diǎn)D是波峰與波峰相遇處,是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn);質(zhì)點(diǎn)B是波谷與波谷相遇處,也是振動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn);質(zhì)點(diǎn)A、C是波峰與波谷相遇的地方,這兩點(diǎn)振動(dòng)最弱。
答案:(1)水面波以狹縫S2處為波源向擋板另一側(cè)傳播開來。
(2)發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象。
(3)見解析
13
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