高中物理人教版选修3-4假期作业：12.4 波的衍射和干涉+Word版含解析

假期作业(九)　波的衍射和干涉

1．(多选)关于波的衍射现象，下列说法正确的是(　　)
A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象
B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象
C．只有波才有衍射现象
D．以上说法均不正确
【解析】　当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显．只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象，切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象．
【答案】　BC
2．利用发波水槽得到的水面波形如图12-4-6甲、乙所示，则(　　)
　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　　　乙
图12-4-6
A．图甲、乙均显示了波的干涉现象
B．图甲、乙均显示了波的衍射现象
C．图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象
D．图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象
【解析】　由波的干涉和衍射概念知，图甲是一列波的传播，显示了波的衍射现象，图乙是两列波的传播，显示了波的干涉现象，故选D.
【答案】　D
3．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为(　　)
A．10 cm　　　　　　　　B．5 cm
C．d＞1 cm D．d＜1 cm
【解析】　在水槽中激发的水波波长为λ＝＝m＝0.01 m＝1 cm.要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长．
【答案】　D
4.
图12-4-7
如图12-4-7所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的(　　)
【解析】　铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的．
【答案】　D
5．(多选)
图12-4-8
如图12-4-8所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是图中的(　　)
【解析】　当这两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，根据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以选项B正确．当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有的质点振动的位移加倍，所以选项C也是正确的．
【答案】　BC
6．如图12-4-9所示，甲、乙两相互垂直传播的振动情况完全相同的波，实线表示波峰，虚线表示波谷，箭头表示波的传播方向，则图中P点(小正方形的中央一点)所处位置应在(　　)
图12-4-9
A．振动增强点
B．振动减弱点
C．可能是增强点又可能是减弱点
D．既不是增强点又不是减弱点
【解析】　波峰与波峰叠加，波谷与波谷叠加，为振动加强点；波峰与波谷叠加，为振动减弱点．P点处于减弱点的连线上，即在减弱区内，所以P点为振动减弱点．故B正确，A、C、D错误．
【答案】　B
7．(多选)(·郑州高二检测)
图12-4-10
如图12-4-10所示为观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则对波经过孔后的传播情况．下列描述中正确的是(　　)
A．此时能明显地观察到波的衍射现象
B．挡板前后波纹间距离相等
C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D．如果孔的大小不变，波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象
【解析】　从图可以看出，孔AB尺寸与波长相比较有：当两者较接近时，衍射现象明显，否则不明显，故A、C正确；由λ＝知，v不变，f增大，则λ减小，故D错误；既然衍射是指“波绕过障碍物而传播的现象”，那么经过孔后的波长自然不变，故B正确．
【答案】　ABC
8．有一障碍物的尺寸为10 m，下列哪列波在遇到它时衍射现象最明显(　　)
A．波长为4 m的机械波
B．波长为10 m的机械波
C．频率为40 Hz的声波
D．频率为5 000 MHz的电磁波(波速为3×108 m/s)
【解析】　空气中声波波速大约为340 m/s，由λ＝可算出频率为40 Hz的声波的波长为8.5 m；同理可算出频率为5 000 MHz的电磁波的波长为0.06 m．选项B中波长与障碍物尺寸相同，衍射现象最明显，5B正确．
【答案】　B

9．(·石家庄检测)如图12-4-11所示，S1、S2为水波槽中的两个波源，它们分别激起两列水波，图中实线表示波峰，虚线表示波谷．已知两列波的波长分别为λ1和λ2且λ1＜λ2，该时刻在P点两列波的波峰与波峰相遇，则以下叙述正确的是(　　)
图12-4-11
A．P点有时在波峰，有时在波谷，振动始终加强
B．P点始终在波峰
C．P点的振动不遵循波的叠加原理，也不始终加强
D．P点的振动遵循波的叠加原理，但并不始终加强
【解析】　任何波的叠加都遵循波的叠加原理，但只有两列波发生干涉时，才能形成稳定的干涉图样，即S1、S2两列波只有频率相同、相位差恒定时，才可在P点始终加强．故选项D正确．
【答案】　D
10(多选)(·泰安高二检测)如图12-4-12所示，S是波源，M、N是两块挡板，其中M板固定，N板可以左右移动，两板中间有一狭缝，此时A点没有明显振动，为了使A点能发生明显振动．可采用的方法是(　　)
图12-4-12
A．增大波源的频率 B．减小波源的频率
C．将N板向右移 D．将N板向左移
【解析】　A点要发生明显振动，就是要出现明显的衍射现象，而发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比波长小或者跟波长差不多，当狭缝距离不变时，必须增大波长，而v是一定的，由v＝fλ可知，要增大λ则要减小f，故B正确．当波长λ不变时，将N板左移，使狭缝距离d减小，也能产生明显衍射，故D正确．故本题应选B、D.
【答案】　BD
11．两列简谐横波均沿x轴传播，传播速度大小相等，其中一列沿x正方向传播，如图12-4-13中虚线所示，另一列沿x负方向传播，如图中实线所示，这两列波的频率相等，振动方向均沿y轴，则此时图中x＝1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是x＝________的点，振幅最小的是x＝________的点．
图12-4-13
【解析】　在图示时刻，各点的合位移均为零，此时波形是与x轴重合的一条直线．对于4、8两点，两列波反向传播使这两点振动情况总相同，振幅变为原来的两倍；而2、6两点，两列波反向传播使得这两点一直处于平衡位置，振幅为零；其余各点的振幅均在0～2A之间．
【答案】　4、8　2、6
12.
图12-4-14
波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2 m，如图12-4-14所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同．求：
(1)简谐横波的波长；
(2)OA间合振动振幅最小的点的位置．
【解析】　(1)设简谐横波波长为λ，频率为f，则v＝λf，代入已知数据，得λ＝1 m.
(2)以O为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的波程差Δl＝x－(2－x)，0≤x≤2.其中x、Δl以m为单位．
合振动振幅最小的点的位置满足Δl＝(k＋)λ，k为整数，所以x＝k＋，可得－≤k≤，故k＝－2、－1、0、1.
解得：x＝0.25 m，0.75 m，1.25 m，1.75 m
【答案】　(1)1 m
(2)x＝0.25 m，0.75 m，1.25 m，1.75 m