人教版选择性必修一第三章波的干涉专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
如图,、为振幅相同的相干波源,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,则下列叙述正确的是( )
A. 点始终处于波峰位置
B. 、两点振动有时加强有时减弱
C. 、连线上各点振动始终加强
D. 如果、两波源频率不同,也能产生类似的稳定的干涉图样
降噪耳机的原理是在耳机内设有麦克风,用来采集周围环境中的噪声信号,在此基础上耳机处理器能够预测下一时刻的噪声并产生相应的抑噪信号再由耳机放出,可以有效降低噪音.下列说法正确的是
A. 该降噪原理是声波的多普勒效应
B. 抑噪信号与噪音信号频率可能不同
C. 抑噪信号与噪音信号振幅相同,降噪效果最好
D. 抑噪信号与噪音信号在相遇点相位相同,降噪效果最好
同步振动、频率相同、振幅均为的两列水波在水面上相遇后,在它们重叠的区域形成如图所示的图样,其中实线代表波峰,虚线代表波谷,在图示时刻,为波峰与波峰相遇点、为波谷与波谷相遇点、为波峰与波谷相遇点,则下列说法正确的是
A. 质点是振动减弱的点,但其振动并不始终减弱
B. 质点是振动减弱的点,其位移始终为
C. 质点是振动加强的点,其位移大小始终等于
D. 振动加强和减弱的区域在水面上的位置稳定不变
生活中手机小孔位置内安装了降噪麦克风,其原理是通过其降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波叠加从而实现降噪的效果。图乙表示的是理想情况下的降噪过程,实线对应环境噪声,虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。则( )
A. 降噪过程可以消除通话中的所有背景杂音
B. 降噪过程可以使外界噪音的能量消失
C. 如图乙所示介质中的点处于平衡位置,动能最大
D. 降噪过程利用了声波的干涉原理
如图甲所示,振动方向相同的两横波,横波沿方向传播,点的振动图象如图乙所示;横波沿方向传播,点的振动图象如图乙所示,与相距,与相距,波速都为。两横波在处相遇,点振幅为( )
A. B. C. D.
如图所示,是足够长的湖岸,和是湖面上两个振动情况完全相同的波源,它们激起的水波波长为,,且与的连线与湖岸平行,到岸边的垂直距离为,则岸边始终平静的地方共有( )
A. 处 B. 处 C. 处 D. 无数处
如图所示,沿轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线,其波速为,下列说法中正确的是( )
A. 从图示时刻开始质点的加速度将增大
B. 从图示时刻开始,经过,质点通过的路程为
C. 若此波遇到另一列波能发生稳定的干涉现象,则另一列波频率为
D. 若该波传播过程中遇到宽约的障碍物,不会发生明显的衍射现象
如图表示两列同频率相干水波在时刻的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的振幅均为且在图中所示范围内振幅不变,波速均为,波长均为,点为和的交点.下列叙述正确的是( )
A. 、、三点都是振动减弱点 B. 振动加强的点只有、、
C. 连线上的所有点都是振动加强点 D. 、两点在该时刻的竖直高度差为
如图,、是振幅均为的两个水波波源,某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示.则( )
A. 两列波在相遇区域发生干涉
B. 处质点振动始终减弱,、处质点振动始终加强
C. 此时、、处各质点的位移是:,,
D. 、、处各质点随着水波飘向远处
一水平长绳上系着一个弹簧和小球,弹簧和小球组成的系统固有频率为,现让长绳两端、同时以相同的振幅上下各振动了一个周期,某时刻长绳上形成的波形如图所示.两列波先后间隔一段时间经过弹簧所在的位置,观察到小球先后出现了两次振动,第一次振动时起振方向向上,且振动并不显著,而第二次则产生了较强烈的振动,则
A. 有个时刻长绳上会出现振动位移大小为的情况
B. 由振源产生的波在长绳上传播的速度约为
C. 由振源产生的波先到达振动系统
D. 两列波相遇时,在相遇区域会产生干涉现象
二、计算题(本大题共3小题,共40.0分)
如图甲,两列沿相反方向传播的横波,形状相当于正弦曲线的一半,上下对称,其振幅和波长都相等。它们在相遇的某一时刻会出现两列波“消失”的现象,如图乙所示。请判断:从此时刻开始,、两质点将向哪个方向运动?
、两波源同时同向起振并在水面激起两列水波,某时刻的波形如图所示实线为波峰,虚线为波谷。将水波视为简谐横波,且知水波的传播速度一定,不随波长而变。已知激起的水波振幅,波长,的振幅为,,间的距离为。欲使两波在叠加区域形成稳定的干涉图样,仅需适当______填“提高”或“降低”的振动频率,使其等于的振动频率;在完成调节后,待振动稳定后,两波源连线上距距离为的点振动的振幅为______
如图所示为同一均匀介质中相向传播的甲、乙两列简谐横波在某时刻的波形图,两列波的速度大小都是。
两列波的频率分别是多少这两列波相遇时能否发生干涉现象
在时,平衡位置位于原点的质点位移是多少
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
A、为振幅相同的相干波源,两列波干涉时,两列波的波峰与波峰、波谷与波谷相遇处,振动始终加强,波峰与波谷相遇处振动始终减弱;振动加强点的振幅等于波单独传播时振幅的倍。
在波的干涉现象中,振动加强点的振动始终是加强的,但质点在做简谐运动,其位移随时间是周期性变化,不是静止不动的。
【解答】
A、此时点波峰与波峰相遇,振动加强点,但不是总是处于波峰位置,不过总是处于振动加强点,故A错误;
B、、两点是波峰与波谷相遇,振动减弱,又、振幅相同,则位移为零,始终处于静止状态,故B错误;
C、是波谷与波谷相遇,是波峰与波峰相遇,因此振动最强,其连线上各点振动始终加强,故C正确;
D、两列波相遇发生干涉的必要条件是:两列波的频率相同,故D错误。
故选:。
2.【答案】
【解析】
【分析】
发生干涉的条件之一是两列波的频率必须相同。
当两列波的起振方向相同相位差为零时,波程差是半波长的偶数倍时,振动加强,波程差是半波长的奇数倍时,振动减弱。
若两列波的起振方向相反相位差为时,则波程差是半波长的偶数倍时,振动减弱,波程差是半波长的奇数倍时,振动加强。
两列相干波叠加时,振动加强点的振幅变大,振幅变为,振动减弱点的位移变为,并不是说振动加强点位移一直最大,振动减弱点位移一直最小,只是振幅的大小发生了变化而已。
【解答】
A、降噪功能的麦克风工作原理是通过两个声波发生干涉,起到减弱甚至抵消噪声的目的,故A错误;
B、两列频率相同,相位差恒定的波相互叠加,产生干涉,相位差是,则抑噪信号与噪音信号相互减弱,从而起到降噪效果,故B错误;
C、两列信号波叠加减弱后的振幅为,若,则叠加后振幅变为零,降噪效果最好,故C正确;
D、抑噪信号与噪音信号在相遇点相位差正好为,降噪效果最好,故D错误。
3.【答案】
【解析】
【分析】两列波要形成稳定的干涉图样,必须是同频率且相位差恒定的两列相干波,波峰与波峰或者波谷与波谷相遇为振动加强区,加强点的振幅为,波峰与波谷相遇为振动减弱区,位移为零,始终在平衡位置。
本题考查了两列相位差恒定,频率相等的两列波相遇时的振动情况,解题的关键是知道,波峰与波峰或者波谷与波谷相遇为振动加强区,加强点的振幅为,波峰与波谷相遇为振动减弱区,位移为零,始终在平衡位置。
【解答】两列水波同步振动、频率相同、振幅均为,在叠加的区域会发生干涉现象,形成稳定的干涉图样.和是振动加强的点,振幅均为,且振动始终加强;质点是振动减弱的点,其振幅为,位移也始终为;振动加强和减弱的区域在水面上的位置稳定不变,故D正确,ABC错误.
故选:。
4.【答案】
【解析】解:、降噪过程不可以消除通话中的所有背景杂音,只能消除和降噪声波频率相同的环境声波,故A错误;
、由图乙可以看出,降噪声波和环境声波的波长相等、频率相等且等幅反相,则两列波叠加时发生干涉,振动减弱,起到减噪的作用,但并不是使外界噪音的能量消失,故B错误,D正确;
C、由图可知,此时点处于平衡位置,但是两列声波等幅反相,所以合振幅为零,即质点静止不动,动能为零,故C错误。
故选:。
降噪过程只能消除和降噪声波频率相同的环境声波,利用了声波的干涉原理。
本题主要考查了波的叠加原理和干涉的条件,解题关键是掌握降噪的原理。
5.【答案】
【解析】
【分析】
本题的解题关键是掌握波的叠加原理进行分析,根据路程差和起振方向关系进行分析。
由图读出周期和振幅,由波速公式求出波长;根据到、的路程差与波长的关系,分析的振动是加强还是减弱,再研究点振幅。
【解答】
周期,波速为,故波长;
,而时刻两波的振动方向相反,则是振动加强的点,振幅等于两波振幅之和,即为,故A正确,BCD错误。
故选:。
6.【答案】
【解析】
【分析】
当空间某点到两个波源的路程差为半波长的奇数倍时,振动始终减弱;考虑数学知识,到两点间的距离差值为一个确定值时,轨迹是双曲线,考虑双曲线与直线的交点即可。
本题关键是明确出现稳定的振动加强点和稳定的振动减弱点的条件,然后根据数学中双曲线的知识分析,不难。
【解答】
当空间某点到两个波源的路程差为半波长的奇数倍时,振动始终减弱;
水波的波长为,,当到两个波源的路程差为、、时,振动减弱;
路程差为是双曲线,与岸边有个交点;
路程差为是双曲线,与岸边有个交点;
路程差为是与、的连线平行的两条射线,与岸边没有交点;
由上分析可知,岸边始终平静的地方共有处,故ABD错误,C正确。
故选C。
7.【答案】
【解析】
【分析】
根据波传播方向知道质点的振动的方向,从而知道质点加速度的变化;根据波的图象及波速公式,计算出周期。而波的周期与质点的振动周期相同,从而求出质点在一段时间内通过的路程;发生干涉的条件是频率相同,看两列波的频率是否相同;比较波的波长与障碍物的尺寸,因为当波长比障碍物尺寸大或差不多时,才会发生明显的衍射现象。
【解答】
A.从图示时刻开始质点向下振动,加速度正在减小,故A错误;
B.,从图示时刻开始,经过,即半个周期,质点通过的路程为个振幅,即,故B错误;
C.该列波的频率为,要想发生干涉,频率需相同,故C正确;
D.该波的波长为,所遇到的障碍物尺寸约为,因当波的波长比障碍物尺寸大或差不多时,就会发生明显的衍射现象。故D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】
【分析】
波峰和波峰叠加、波谷与波谷叠加,振动加强,波峰与波谷叠加,振动减弱;质点的位移等于两个振动引起位移的矢量和。
波的叠加满足矢量法则,当振动情况相同则相加,振动情况相反时则相减,且两列波互不干扰。例如当该波的波峰与波峰相遇时,此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍;当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。
【解答】
、、两点都为波峰与波谷叠加,振动减弱;、两点是波谷和波谷、波峰和波峰叠加点,为振动加强点,、的连线上所有点为振动加强点,故AB错误,C正确;
D、该时刻,点处于波峰,偏离平衡位置的位移大小为,点处于波谷,偏离平衡位置的位移大小为,则、两点此时刻竖直高度差为,故D错误。
9.【答案】
【解析】解:、图中两列波的波长不同;波速由介质决定,是相同的;根据,频率不同;故两列波不会干涉,只是叠加;故A错误;
B、两列波不能产生稳定的干涉,所以振动不是始终加强或减弱的,B错误
C、波叠加时,各个质点的位移等于各个波单独传播时引起位移的矢量和,故,,,故C正确;
D、波传播时,各个质点只是在平衡位置附近做振动,故D错误;
故选:。
本题考查波的叠加,关键是记住叠加规律:介质中同时存在几列波时,每列波能保持各自的传播规律而不互相干扰.在波的重叠区域里各点的振动的物理量等于各列波在该点引起的物理量的矢量和.
10.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了波的传播、干涉与共振的综合问题,第二次则产生了较强烈的振动知小球与波上的质点达到了共振是突破口。
【解答】
A、波峰与波峰,波谷与波谷相遇时,振动位移等于,则有个时刻长绳上会出现振动位移大小为的情况,故A正确。
C、由上下坡法知,振源起振方向向下,振源起振方向向上,由题知道小球第一次振动时起振方向向上,则先到达的是波。故C错。
B、晚到达弹簧振子所在位置,且小球产生了较强烈的振动,即共振,故的振动频率接近,
则周期接近,波速,因为波速由介质决定,所以由振源产生的波在长绳上传播的速度约为,故B错误;
D.根据光的干涉条件,两列波的频率不相等,则两列波相遇时,在相遇区域不会产生干涉现象,故D错误。
故选A
11.【答案】向下,向上
【解析】见答案
12.【答案】降低
【解析】解:由图可知,激起的水波振幅大于激起的水波振幅,因水波的传播速度一定,根据可知,;要使两波在叠加区域形成稳定的干涉图样,需“降低”使得两列波的频率相等;
在完成调节后,待振动稳定后,两波源连线上距距离为,到的距离为:;
故点到两波源的波程差为:
已知两波源振动初相位相差为零,所以两波源的振动传到点时引起的振动反相,振动削弱,振幅为:。
故答案为:降低;。
频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开,这种现象叫做波的干涉,波的干涉所形成的图样叫做干涉图样;由波的干涉特点可知:当某点到波源的距离差为半波长的奇数倍时,此点的振动减弱。
本题考查了波的干涉现象,波的叠加满足矢量法则,当振动情况相同则相加,振动情况相反时则相减,且两列波互不干扰。
13.【答案】解:由图得,
由得:
,
,
两列波的频率不相等,相遇时不会发生干涉现象;
经过,甲波向右传播距离,
由波形平移可得甲波引起原点处质点的位移大小是,位移方向沿轴正向,
乙波向左传播距离,
由波形平移可得乙波引起原点处质点的位移是,
根据波的叠加遵守矢量合成法则,可得
在时,平衡位置位于原点的质点位移大小是,
位移方向沿轴正向。
【解析】根据相邻波峰或波谷间的距离等于波长,由图直接比较波长的大小;两列波的波速相同,由波速公式分析频率关系,若两列波的频率相同,就能够发生干涉;
根据质点的振动方向,分析质点回到平衡位置的先后,根据波的叠加遵守矢量合成法则求平衡位置位于原点的质点的位移。
本题的关键要抓住波速是由介质决定、发生干涉的条件是两列波的频率相等、结合波平移法分析。
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