第三节 机械波的传播现象
(分值：100分)
选择题1～11题，每小题7分，共77分。
基础对点练
题组一 机械波的衍射和惠更斯原理
1.(多选)以下说法中正确的是( )
波要发生衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象
惠更斯原理解释了波的衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系
波长越长的波，越容易发生明显的衍射
只有波才有衍射现象
2.如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是( )
A B C D
3.(多选)在水槽中放两块挡板MN，两块挡板间的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，A点是振源，振动频率f＝10 Hz，A点振动开始2 s后O点开始振动，已知AO＝50 cm，图示是观察到的水波衍射图像。下列说法正确的是( )
水波衍射后的波速变大
水波的波长为2.5 cm
若小孔尺寸为1 cm，可以发生明显衍射
A点振动频率增大，衍射波会更明显
题组二 机械波的反射与折射
4.(多选)以下关于波的认识，正确的是( )
潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
超声波雷达的工作原理是利用波的折射
水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
5.一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则( )
声波频率不变，波长变小
声波频率不变，波长变大
声波频率变小，波长变大
声波频率变大，波长不变
题组三 机械波的干涉
6.关于两列波相遇、叠加时情景的说法不正确是( )
相遇之后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强
相遇之后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和
几个人在同一房间说话，相互间听的清楚，这说明声波在相遇时互不干扰
7.(多选)如图所示为两列相向传播、振幅和波长都相同的横波，它们在O点相遇，此后可能出现的状态是( )
A B C D
8.(多选)如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷。此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是( )
该时刻质点O正处在平衡位置
P、N两点始终处于平衡位置
M点到两波源的距离之差一定是波长的整数倍
从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置
综合提升练
9.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声，干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，当声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到削弱噪声的目的。若Δr＝|r2－r1|，则Δr等于( )
波长λ的整数倍 波长λ的奇数倍
半波长的奇数倍 半波长的偶数倍
10.(2024·广东深圳月考)两列简谐横波在某一均匀介质中相向传播，波源M(0 m，0 cm)产生的波沿x轴正方向传播，波源N(9 m，0 cm)产生的波沿x轴负方向传播。t＝0时刻某一波源先开始振动，t＝0.2 s时MN间的波形图如图所示。此时平衡位置位于x＝2 m和x＝8 m的两个质点都在波峰位置。下列说法正确的是( )
波源M先振动且起振方向向下
沿x轴负方向传播的N波波速为10 m/s
再经过0.2 s，x＝6 m的质点纵坐标为5 cm
两列波可以发生稳定的干涉现象
11.(多选)(2024·广东梅州期末)有一列沿x轴传播的简谐横波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，M和N是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻起某同学记录下了质点N在一段时间内的振动图像，如图乙所示。则下列说法正确的是( )
图甲所示时刻M和N两质点的速度都为零
该列简谐横波正以1.0 m/s的速度沿x轴负方向传播
t＝2 s时质点M距离平衡位置最远，其加速度最大，加速度方向沿y轴正方向
该波在传播过程中若遇到直径d＝7 m的圆形障碍物，能发生明显衍射现象
12.(11分)某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m，此物体在海面上发出的声音向下传播，经0.5 s听到回声，则海水的深度为多少？
培优加强练
13.(12分)在学校运动场上50 m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发出波长为5 m的声波。一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进10 m。求在此过程中他听到扬声器声音由强变弱的次数？
第三节 机械波的传播现象
1.CD [衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，选项C、D正确，A错误；惠更斯原理解释了波衍射的实质，无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，选项B错误。。]
2.D [当波的波长与小孔的尺寸相当，或大于小孔的尺寸时，会发生明显的衍射，故A错误；当波的波长比小孔的尺寸小时，波表现为直线传播，故B错误；波遇到与波长差不多的障碍物后，波能“绕过”障碍物继续向前传播，故C错误，D正确。]
3.BC [波速由介质决定，介质不变，波速不变，A错误；水波的传播速度v＝＝0.25 m/s，结合v＝λf可知，水波的波长λ＝2.5 cm，B正确；小孔尺寸为1 cm时，小孔尺寸比波长小，可以发生明显的衍射现象，C正确；当A点振源的振动频率增大时，波长变小，衍射现象会更不明显，D错误。]
4.ABD
5.B [声波由空气传入水中，频率不变，声速变大，由v＝λf知波长变大，选项B正确。]
6.A [根据波的叠加原理可知，两列波相遇后，振动方向相同的质点振动将加强，振动方向相反的质点振动将减弱，与振幅的大小没有关系，故A错误；根据波传播的独立性可知，相遇后，两列波的振动情况不发生变化，与相遇前完全相同，故B正确；由波的叠加原理可知，在相遇区域，任一点的总位移等于两列波单独传播时在该点引起的位移的矢量和，故C正确；由波的独立性可知，声波互不干扰，所以几个人在同一房间说话，相互间听的清楚，故D正确。]
7.BD [当左列波的波峰和右列波的波谷在O点相遇时，叠加后的图像为B；当两列波的波峰在O点相遇时，叠加后的图像为D；而A和C是不可能出现的。]
8.BD [由题图可知，O为振动加强点，此时O点处于波谷，选项A错误；M点是波峰与波峰相遇，振动加强，只有当两波源振动相位相同(即同向振动)时，M点到两波源的距离差才是波长的整数倍，若两波源振动相位相反(即反向振动)，则M点到两波源的距离差为半波长的奇数倍，选项C错误；N、P两点为振动减弱点，又因为两列波的振幅相同，所以N、P两点的振幅为零，即两点始终处于平衡位置，选项B正确；从该时刻经周期，两列波分别引起的振动都使M点位于平衡位置，故M点位于平衡位置，选项D正确。]
9.C [当声波到达a处时，分成两束相干波，两列波再次相遇时，能形成稳定的干涉现象，当路程差是波长整数倍时振动加强，是半波长奇数倍时振动减弱，为了达到削弱噪声的目的，应使振动减弱，故C正确。]
10.C [波速由介质决定，两列波的波速相同，M波传播的距离远，则M波先开始传播，根据上下坡法可知波源M起振方向向上，故A错误；沿x轴负方向传播的N波的波速为vN＝vM＝＝ m/s＝20 m/s，故B错误；再经0.2 s，两列波均向前传播x1＝20×0.2 m＝4 m的距离，x＝6 m的质点恰好是M波的波峰与N波的波谷相遇，则其纵坐标为y1＝10 cm－5 cm＝5 cm，故C正确；两列波的波长不同，由v＝λf知，频率不同，不能发生稳定的干涉现象，故D错误。]
11.BCD [题图甲所示时刻，M和N两质点都在各自振动的平衡位置，速度都为最大，A错误；由题图甲可知，该波的波长为λ＝8 m，由题图乙可知，该波的周期为T＝8 s，则该波的波速为v＝＝ m/s＝1 m/s，由题图乙可知，N质点在t＝0时刻向y轴的正方向振动，则由上下坡法可知，该简谐横波沿x轴负方向传播，B正确；在t＝0时刻，质点M从平衡位置向y轴的负方向振动，该波的周期为8 s，因此t＝2 s时质点M在y轴负方向的最大位移处，距离平衡位置最远，则其加速度最大，加速度方向沿y轴正方向，C正确；圆形障碍物尺寸比波长小，能发生明显衍射现象，D正确。]
12.382.5 m
解析 同一列波在不同介质中的频率是相同的，由波速公式v＝λf，可得f＝＝ Hz＝340 Hz
声音在海水中的传播速度
v海＝λ海f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s
故海水的深度h＝v海·＝1 530××0.5 m＝382.5 m。
13.4
解析 当该同学到两声源的距离差Δs等于半个波长的奇数倍时，声音减弱。设该同学向某一端运动的距离为s，则Δs＝(25＋s)－(25－s)＝2s＝(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)，又0≤s≤10 m，则n取0、1、2、3，即该同学听到扬声器声音由强变弱的次数为4次。第三节 机械波的传播现象
学习目标 1.知道波的衍射现象以及发生明显衍射的条件。 2.认识波的反射和折射现象。
3.知道波的叠加原理和波的干涉现象。
知识点一 机械波的衍射与惠更斯原理
如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，波源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。思考下列问题：
水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？
1.波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能________障碍物或穿过小孔继续向前传播，我们把这种现象叫作波的衍射。
说明：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。
2.发生明显衍射的条件：当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长________或者比波长________时，能观察到明显的衍射现象。
3.惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的________，这就是惠更斯原理。
4.利用惠更斯原理解释衍射现象
波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象，波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
【思考】 俗话说：“隔墙有耳”，为什么我们能听到墙后面的声音？
例1 如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知( )
A.B侧波是衍射波
B.A侧波速与B侧波速相等
C.增大水波波源的频率，衍射现象将更明显
D.增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显
听课笔记
对衍射的理解
1.当波碰到障碍物时，肯定能发生衍射，只有“明显”与“不明显”之分。
2.发生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。
知识点二 机械波的反射和折射
当我们对着养鱼的水缸大喊时，会听到嗡嗡声，同时鱼儿受惊乱窜。试分析声波如何传播，导致出现上述两种现象。
1.波的反射和折射：若一列机械波从一种介质入射到另一种介质的________上时，波的一部分发生反射，另一部分会发生折射，继续传播。
2.在波的反射中，波的频率，波速和波长都不变。在波的折射中，________不变，波速和波长发生改变。
【思考】 声波在固体中的传播速度大于气体中，那么声波的波长在固体和气体中是什么关系？
例2 如图所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波，则( )
A.2与1的波长、频率相等，波速不等
B.2与1的波速、频率相等，波长不等
C.3与1的波速、频率、波长相等
D.3与1的频率相等，波速、波长均不等
听课笔记
波的频率由波源决定，波速由介质决定，波长由频率和波速共同决定。
知识点三 机械波的干涉
(1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？
(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？
1.波的叠加原理
两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原有的特性，相遇区域中各点的位移就是这两列波引起的位移的________。
2.波的干涉
(1)定义：________相同的两列波，在相遇的区域，会出现________的相对平静的区域和剧烈振动的区域，这种现象称为波的干涉。
(2)波的干涉图样
在频率相同的波相遇的区域，某些地方的振动始终加强，某些地方的振动始终减弱，波产生干涉会形成一种______________相间的图样，这样的图样叫作波的干涉图样(如图所示)。干涉是波________的现象。
(3)干涉图样特点
①加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。
②加强区和减弱区的位置固定不变，加强区与减弱区互相间隔。
③加强点的振幅为A1＋A2；减弱点的振幅为|A1－A2|，每个质点都在各自的平衡位置附近做简谐运动。
3.两列波发生干涉的必要条件
(1)________相同。
(2)________恒定。
(3)振动方向________。
【思考】 如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来。他听到的声音时强时弱，这属于什么物理现象。
角度1 波的叠加
例3 (多选)(粤教版教材P82节练习3改编)一个波源在绳的左端发出一个凸起①，频率为f1，振幅为A1；同时另一波源在绳的右端发出一个凸起②，频率为f2，振幅为A2。且f1A.两列波同时到达两波源的中点P
B.两列波相遇时，P点的波峰值可达A1＋A2
C.两列波相遇时，绳上波峰值可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点左侧
D.两列波相遇后，各自仍保持原来的波形独立传播
听课笔记
1.波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响。
2.波的叠加示例
(1)两列波的叠加，(如图甲所示)振动加强，振幅增大。
(2)两列波的叠加，(如图乙所示)振动减弱，振幅减小。
角度2 波的干涉
例4 (多选)如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷，设两列波的振幅均为5 cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1 m/s和0.5 m。C点是BE连线的中点，下列说法正确的是( )
A.A点为振动加强点，B点为振动减弱的点
B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为20 cm
C.图示时刻C点正处在平衡位置且向上运动
D.从图示的时刻起经0.25 s后，B点通过的路程为20 cm
听课笔记
训练1 (人教版习题改编)在如图所描述的时刻，M是波峰与波峰相遇的点，是凸起最高的位置之一。
(1)随着时间的推移，这个凸起最高的位置在向哪个方向移动？是不是M质点在向那个方向迁移？M质点在哪个方向上运动？
(2)指出图中哪个位置是凹下最低的位置(只需指出一个)。随着时间的推移，这个凹下最低的位置在向哪个方向移动？
(3)由图中时刻经过时，M质点的位移有什么特点？
例5 如图(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0，4 m)和S2(0，－2 m)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8 m，－2 m)的路程差为________m，两列波引起的点B(4 m，1 m)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)，点C(0，0.5 m)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)。
听课笔记
振动加强点和振动减弱点的判断方法
1.条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时，设点到两波源的波程差为Δx，当Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0，1，2，…)时为振动加强点；当Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)时为振动减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。
2.现象判断法：若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点。
训练2 (2024·广东广州高二期末)为提高通话质量，智能手机会内置2个麦克风，其中一个麦克风能够主动消除噪音，即通过收集环境噪声，进行处理后，发出与噪音相反的声波，利用抵消原理消除噪音，如图，则下列说法正确的是( )
A.质点P经过一个周期向外迁移的距离为一个波长
B.降噪过程应用了声波的反射原理，使噪声无法从外面进入麦克风
C.降噪过程应用的是声波的衍射原理
D.理想状态下降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等，波长相等
随堂对点自测
1.(机械波的衍射)(2024·江苏宿迁高二期中)如图所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于( )
A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域
C.阴影Ⅱ以外区域 D.阴影Ⅲ以外区域
2.(机械波的反射与折射)(多选)下列说法正确的是( )
A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短
B.波发生反射时，频率、波长、波速均不变
C.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化
D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化
3.(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为0.1 m。则不同时刻的波形正确的是( )
4.(机械波的干涉)如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们的相位及振幅均相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷，关于图中所标的a、b、c三点，下列说法中正确的是( )
A.a质点一直在平衡位置
B.b质点一直在波峰
C.c质点一直在波谷
D.再过后的时刻，b、c两质点都将处于各自的平衡位置，振动将减弱
第三节 机械波的传播现象
知识点一
导学 提示 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”；小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。
知识梳理
1.绕过 2.相近 更小 3.波面
[思考] 提示 这是声波的衍射现象，因为声波的波长通常大于墙的尺寸，能发生明显的衍射现象，因此我们有时能听到墙后面的声音。
例1 B [挡板左边是衍射波的波源，故A错误；在同一种介质中，机械波的波速相等，故B正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距不变，所以衍射现象将没有原来的明显，故C错误；在波长不变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明显，故D错误。]
知识点二
导学 提示 声波碰到两种介质的界面时，一部分反射回来，产生嗡嗡声，一部分从空气进入水中，继续传播，鱼儿听到声音，受惊乱窜。
知识梳理
1.界面 2.频率
[思考] 提示 λ固＞λ气
例2 D [反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，故A、B错误；折射波与入射波的波长、波速均不等，但频率相等，故C错误，D正确。]
知识点三
导学 提示 (1)两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响。
(2)相同；没有受到其他乐器的影响。
知识梳理
1.合成 2.(1)频率 稳定 (2)加强和减弱 特有 3.(1)频率 (2)相位差 (3)相同
[思考] 提示 波的干涉现象。
例3 ACD [波的传播具有独立性，由于两列波在同一介质中传播，则两列波同时传到P点，使P点开始振动，但并非波峰同时传播到P点，如图所示，因波速相同，而两列波的波长不同，波传播到P点时，两波峰距P点的距离并不相同，波长较小的波的波峰先到达P点，而两波峰同时到达的位置在该时刻两波峰的中间(图中的O点)，故B错误，A、C、D正确。]
例4 BCD [质点A、B、E的连线处是加强区，则A、B、C、E为振动加强点，振幅均为两列波振幅之和，即A＝A1＋A2＝10 cm，图示时刻，A在波峰，B在波谷，故此时两点的高度差为20 cm，A错误，B正确；C点位于两列波的峰、谷中间，可见其处于平衡位置，波由E向A传播，可见C点在向上运动，C正确；波的周期T＝＝0.5 s，而t＝0.25 s＝，又B点是振动加强点，则通过的路程为s＝2A＝2×10 cm＝20 cm，故D正确。]
训练1 (1)见解析 (2)见解析 (3)位移为0
解析 (1)如图所示，凸起的最高点在图中由M向P移动；M点并不随波迁移，只在垂直于纸面的方向上运动。
(2)图中K点是凹下最低的位置；随着时间的推移，凹下最低的位置由K向Q移动。
(3)由图中时刻经过，M质点回到平衡位置，故位移为0。
例5 2 减弱 加强
解析 由几何关系可知两波源到A点的距离分别为AS1＝10 m，AS2＝8 m，所以两波源到A点的路程差为2 m；同理可得，BS1－BS2＝0，为波长的整数倍，由振动图像知两振源振动方向相反，故B点振动减弱；波长λ＝vT＝2 m，两波源到C点的路程差为Δs＝CS1－CS2＝1 m＝，所以C点振动加强。
训练2 D [机械波中的质点只在自己的平衡位置附近做受迫振动，不随波迁移，故A错误；由题图可知，理想状态下降噪声波与环境声波波长相等，波速相等，则频率相同，叠加时产生干涉，由于两列声波等幅反相，所以振动减弱，起到降噪作用，故D正确，B、C错误。]
随堂对点自测
1.B [由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B与波长长度差不多。据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故A、C、D错误；该波的波长与小孔B差不多，能够产生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内，存在衍射波的波形，故B正确。]
2.BC [波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率都不发生变化；波发生折射时，频率不变，波速和波长均发生变化，故B、C正确，A、D错误。]
3.ABD [两脉冲波在同一介质中传播，由s＝vt可知，当t＝0.3 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3 m，恰好相遇，A正确；当t＝0.4 s，0.5 s，0.6 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4 m，0.5 m，0.6 m，由波的叠加原理可知，B、D正确，C错误。]
4.A [a质点位置是波峰和波谷相遇，振动减弱，且两列波的振幅相同，所以a质点一直在平衡位置，A正确；b质点所处位置为波峰与波峰相遇，振动加强，但仍在做周期性运动，并非一直在波峰；而c质点是波谷与波谷相遇，为振动加强点，所以并非一直在波谷，B、C错误；b、c两点为振动加强点，振动始终加强，D错误。](共60张PPT)
第三节 机械波的传播现象
第三章 机械波
1.知道波的衍射现象以及发生明显衍射的条件。
2.认识波的反射和折射现象。
3.知道波的叠加原理和波的干涉现象。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二 机械波的反射和折射
知识点一 机械波的衍射与惠更斯原理
知识点三 机械波的干涉
知识点一 机械波的衍射与惠更斯原理
如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，波源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。思考下列问题：
水波遇到小孔时，会观察到什么现象？
依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什
么变化？
提示 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”；小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。
1.波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能______障碍物或穿过小孔继续向前传播，我们把这种现象叫作波的衍射。
说明：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。
2.发生明显衍射的条件：当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长______或者比波长______时，能观察到明显的衍射现象。
3.惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的______，这就是惠更斯原理。
绕过
相近
更小
波面
4.利用惠更斯原理解释衍射现象
波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象，波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
【思考】 俗话说：“隔墙有耳”，为什么我们能听到墙后面的声音？
提示 这是声波的衍射现象，因为声波的波长通常大于墙的尺寸，能发生明显的衍射现象，因此我们有时能听到墙后面的声音。
B
例1 如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知( )
A.B侧波是衍射波
B.A侧波速与B侧波速相等
C.增大水波波源的频率，衍射现象将更明显
D.增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显
解析 挡板左边是衍射波的波源，故A错误；在同一种介质中，机械波的波速相等，故B正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距不变，所以衍射现象将没有原来的明显，故C错误；在波长不变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明显，故D错误。
对衍射的理解
1.当波碰到障碍物时，肯定能发生衍射，只有“明显”与“不明显”之分。
2.发生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。
知识点二 机械波的反射和折射
当我们对着养鱼的水缸大喊时，会听到嗡嗡声，同时鱼儿受惊乱窜。试分析声波如何传播，导致出现上述两种现象。
提示 声波碰到两种介质的界面时，一部分反射回来，产生嗡嗡声，一部分从空气进入水中，继续传播，鱼儿听到声音，受惊乱窜。
1.波的反射和折射：若一列机械波从一种介质入射到另一种介质的______上时，波的一部分发生反射，另一部分会发生折射，继续传播。
2.在波的反射中，波的频率，波速和波长都不变。在波的折射中，______不变，波速和波长发生改变。
界面
频率
【思考】 声波在固体中的传播速度大于气体中，那么声波的波长在固体和气体中是什么关系？
提示 λ固＞λ气
D
例2 如图所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波，则( )
A.2与1的波长、频率相等，波速不等
B.2与1的波速、频率相等，波长不等
C.3与1的波速、频率、波长相等
D.3与1的频率相等，波速、波长均不等
解析 反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，故A、B错误；折射波与入射波的波长、波速均不等，但频率相等，故C错误，D正确。
波的频率由波源决定，波速由介质决定，波长由频率和波速共同决定。
知识点三 机械波的干涉
(1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？
提示 两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响。
(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？
提示 相同；没有受到其他乐器的影响。
1.波的叠加原理
两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原有的特性，相遇区域中各点的位移就是这两列波引起的位移的______。
合成
2.波的干涉
(1)定义：频率相同的两列波，在相遇的区域，会出现______的相对平静的区域和剧烈振动的区域，这种现象称为波的干涉。
(2)波的干涉图样
在频率相同的波相遇的区域，某些地方的振动始终加强，某些地方的振动始终减弱，波产生干涉会形成一种____________相间的图样，这样的图样叫作波的干涉图样(如图所示)。干涉是波______的现象。
稳定
加强和减弱
特有
(3)干涉图样特点
①加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。
②加强区和减弱区的位置固定不变，加强区与减弱区互相间隔。
③加强点的振幅为A1＋A2；减弱点的振幅为|A1－A2|，每个质点都在各自的平衡位置附近做简谐运动。
3.两列波发生干涉的必要条件
(1)______ 相同。
(2)________ 恒定。
(3)振动方向______。
频率
相位差
相同
【思考】 如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来。他听到的声音时强时弱，这属于什么物理现象。
提示 波的干涉现象。
ACD
角度1 波的叠加
例3 (多选)(粤教版教材P82节练习3改编)一个波源在绳的左端发出一个凸起①，频率为f1，振幅为A1；同时另一波源在绳的右端发出一个凸起②，频率为f2，振幅为A2。且f1A.两列波同时到达两波源的中点P
B.两列波相遇时，P点的波峰值可达A1＋A2
C.两列波相遇时，绳上波峰值可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点左侧
D.两列波相遇后，各自仍保持原来的波形独立传播
解析 波的传播具有独立性，由于两列波在同一介质中传播，则两列波同时传到P点，使P点开始振动，但并非波峰同时传播到P点，如图所示，因波速相同，而两列波的波长不同，波传播到P点时，两波峰距P点的距离并不相同，波长较小的波的波峰先到达P点，而两波峰同时到达的位置在该时刻两波峰的中间(图中的O点)，故B错误，A、C、D正确。
1.波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响。
2.波的叠加示例
(1)两列波的叠加，(如图甲所示)振动
加强，振幅增大。
(2)两列波的叠加，(如图乙所示)振动
减弱，振幅减小。
BCD
角度2 波的干涉
例4 (多选)如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷，设两列波的振幅均为5 cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1 m/s和0.5 m。C点是BE连线的中点，下列说法正确的是( )
A.A点为振动加强点，B点为振动减弱的点
B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为20 cm
C.图示时刻C点正处在平衡位置且向上运动
D.从图示的时刻起经0.25 s后，B点通过的路程为20 cm
训练1 (人教版习题改编)在如图所描述的时刻，M是波峰与波峰相遇的点，是凸起最高的位置之一。
(1)随着时间的推移，这个凸起最高的位置在向哪个方向移动？是不是M质点在向那个方向迁移？M质点在哪个方向上运动？
答案 (1)见解析 (2)见解析 (3)位移为0
解析 (1)如图所示，凸起的最高点在图中由M向P移动；M点并不随波迁移，只在垂直于纸面的方向上运动。
(2)图中K点是凹下最低的位置；随着时间的推移，凹下最低的位置由K向Q移动。
例5 如图(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0，4 m)和S2(0，－2 m)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8 m，－2 m)的路程差为________m，两列波引起的点B(4 m，1 m)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)，点C(0，0.5 m)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)。
答案 2 减弱 加强
D
训练2 (2024·广东广州高二期末)为提高通话质量，智能手机会内置2个麦克风，其中一个麦克风能够主动消除噪音，即通过收集环境噪声，进行处理后，发出与噪音相反的声波，利用抵消原理消除噪音，如图，则下列说法正确的是( )
A.质点P经过一个周期向外迁移的距离为一个波长
B.降噪过程应用了声波的反射原理，使噪声无法从外面进入麦克风
C.降噪过程应用的是声波的衍射原理
D.理想状态下降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等，波长相等
解析 机械波中的质点只在自己的平衡位置附近做受迫振动，不随波迁移，故A错误；由题图可知，理想状态下降噪声波与环境声波波长相等，波速相等，则频率相同，叠加时产生干涉，由于两列声波等幅反相，所以振动减弱，起到降噪作用，故D正确，B、C错误。
随堂对点自测
2
B
1.(机械波的衍射)(2024·江苏宿迁高二期中)如图所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于( )
A.整个区域
B.阴影Ⅰ以外区域
C.阴影Ⅱ以外区域
D.阴影Ⅲ以外区域
解析 由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B与波长长度差不多。据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故A、C、D错误；该波的波长与小孔B差不多，能够产生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内，存在衍射波的波形，故B正确。
BC
2.(机械波的反射与折射)(多选)下列说法正确的是( )
A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短
B.波发生反射时，频率、波长、波速均不变
C.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化
D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化
解析 波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率都不发生变化；波发生折射时，频率不变，波速和波长均发生变化，故B、C正确，A、D错误。
ABD
3.(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为0.1 m。则不同时刻的波形正确的是( )
解析 两脉冲波在同一介质中传播，由s＝vt可知，当t＝0.3 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3 m，恰好相遇，A正确；当t＝0.4 s，0.5 s，0.6 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4 m，0.5 m，0.6 m，由波的叠加原理可知，B、D正确，C错误。
A
解析 a质点位置是波峰和波谷相遇，振动减弱，且两列波的振幅相同，所以a质点一直在平衡位置，A正确；b质点所处位置为波峰与波峰相遇，振动加强，但仍在做周期性运动，并非一直在波峰；而c质点是波谷与波谷相遇，为振动加强点，所以并非一直在波谷，B、C错误；b、c两点为振动加强点，振动始终加强，D错误。
课后巩固训练
3
CD
基础对点练
题组一 机械波的衍射和惠更斯原理
1.(多选)以下说法中正确的是( )
A.波要发生衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象
B.惠更斯原理解释了波的衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系
C.波长越长的波，越容易发生明显的衍射
D.只有波才有衍射现象
解析 衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，选项C、D正确，A错误；惠更斯原理解释了波衍射的实质，无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，选项B错误。
D
2.如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是( )
解析 当波的波长与小孔的尺寸相当，或大于小孔的尺寸时，会发生明显的衍射，故A错误；当波的波长比小孔的尺寸小时，波表现为直线传播，故B错误；波遇到与波长差不多的障碍物后，波能“绕过”障碍物继续向前传播，故C错误，D正确。
BC
3.(多选)在水槽中放两块挡板MN，两块挡板间的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，A点是振源，振动频率f＝10 Hz，A点振动开始2 s后O点开始振动，已知AO＝50 cm，图示是观察到的水波衍射图像。下列说法正确的是( )
A.水波衍射后的波速变大
B.水波的波长为2.5 cm
C.若小孔尺寸为1 cm，可以发生明显衍射
D.A点振动频率增大，衍射波会更明显
ABD
题组二 机械波的反射与折射
4.(多选)以下关于波的认识，正确的是( )
A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
C.超声波雷达的工作原理是利用波的折射
D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
B
5.一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则( )
A.声波频率不变，波长变小
B.声波频率不变，波长变大
C.声波频率变小，波长变大
D.声波频率变大，波长不变
解析 声波由空气传入水中，频率不变，声速变大，由v＝λf知波长变大，选项B正确。
A
题组三 机械波的干涉
6.关于两列波相遇、叠加时情景的说法不正确是( )
A.相遇之后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强
B.相遇之后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
C.在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和
D.几个人在同一房间说话，相互间听的清楚，这说明声波在相遇时互不干扰
解析 根据波的叠加原理可知，两列波相遇后，振动方向相同的质点振动将加强，振动方向相反的质点振动将减弱，与振幅的大小没有关系，故A错误；根据波传播的独立性可知，相遇后，两列波的振动情况不发生变化，与相遇前完全相同，故B正确；由波的叠加原理可知，在相遇区域，任一点的总位移等于两列波单独传播时在该点引起的位移的矢量和，故C正确；由波的独立性可知，声波互不干扰，所以几个人在同一房间说话，相互间听的清楚，故D正确。
BD
7.(多选)如图所示为两列相向传播、振幅和波长都相同的横波，它们在O点相遇，此后可能出现的状态是( )
解析 当左列波的波峰和右列波的波谷在O点相遇时，叠加后的图像为B；当两列波的波峰在O点相遇时，叠加后的图像为D；而A和C是不可能出现的。
BD
8.(多选)如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷。此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是( )
A.该时刻质点O正处在平衡位置
B.P、N两点始终处于平衡位置
C.M点到两波源的距离之差一定是波长的整数倍
D.从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置
C
综合提升练
9.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声，干涉型消声器的结构及气流运行如图所示，波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，当声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到削弱噪声的目的。若Δr＝|r2－r1|，则Δr等于( )
解析 当声波到达a处时，分成两束相干波，两列波再次相遇时，能形成稳定的干涉现象，当路程差是波长整数倍时振动加强，是半波长奇数倍时振动减弱，为了达到削弱噪声的目的，应使振动减弱，故C正确。
C
10.(2024·广东深圳月考)两列简谐横波在某一均匀介质中相向传播，波源M(0 m，0 cm)产生的波沿x轴正方向传播，波源N(9 m，0 cm)产生的波沿x轴负方向传播。t＝0时刻某一波源先开始振动，t＝0.2 s时MN间的波形图如图所示。此时平衡位置位于x＝2 m和x＝8 m的两个质点都在波峰位置。下列说法正确的是( )
A.波源M先振动且起振方向向下
B.沿x轴负方向传播的N波波速为10 m/s
C.再经过0.2 s，x＝6 m的质点纵坐标为5 cm
D.两列波可以发生稳定的干涉现象
BCD
11.(多选)(2024·广东梅州期末)有一列沿x轴传播的简谐横波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，M和N是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻起某同学记录下了质点N在一段时间内的振动图像，如图乙所示。则下列说法正确的是( )
A.图甲所示时刻M和N两质点的速度都为零
B.该列简谐横波正以1.0 m/s的速度沿x轴负方向传播
C.t＝2 s时质点M距离平衡位置最远，其加速度最大，加速度方向沿y轴正方向
D.该波在传播过程中若遇到直径d＝7 m的圆形障碍物，能发生明显衍射现象
12.某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m，此物体在海面上发出的声音向下传播，经0.5 s听到回声，则海水的深度为多少？
答案 382.5 m
解析 同一列波在不同介质中的频率是相同的，由波速公式v＝λf，可得
声音在海水中的传播速度v海＝λ海f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s
培优加强练
13.在学校运动场上50 m直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发出波长为5 m的声波。一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进10 m。求在此过程中他听到扬声器声音由强变弱的次数？
答案 4
