3.4波的干涉 讲义-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册word版含答案

第三章机械波
第4节波的干涉
【素养目标】
1.了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。
2.知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。
【必备知识】
一、波的叠加
1、波的叠加原理
大量的事实和实验表明,几列波相遇时能保持各自的运动特征继续传播,在它们重叠的区域里,介质中的质点同时参与这几列波的振动,质点的位移等于几列波单独传播时引起的位移的矢量和,这就是波的叠加原理。
说明
波的叠加原理说明了两方面内容：一是波的独立传播；二是波相遇时的叠加。
两列同相波叠加，振动加强，振幅增大；两列反相波叠加，振动减弱，振幅减小。
二、波的干涉
(1)定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅增大,某些区域的振幅减小,这种现象叫作波的干涉。
(2)产生干涉的两个必要条件:一是两列波的频率必须相同;二是两个波源的相位差必须保持不变。
(3)干涉图样的特点:在加强区两列波引起的振动总是相互加强的,振幅等于两列波的振幅之和;在减弱区两列波引起的振动总是相互减弱的,振幅等于两列波的振幅之差。
(4)干涉是波特有的现象,声波、电磁波等一切波都能发生干涉。
【课堂检测】
1.如图所示为观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一小孔，O为波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列说法中错误的是（??
）
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.?如果波源频率不变，使孔的大小增大，有可能观察不到明显的衍射现象
D.?如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象
【答案】
D
【解析】解：A、因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象．故A正确．
B、波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等．故B正确．
C、如果将孔AB扩大，孔的尺寸大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象．故C正确．
D、如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ=
知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象．故D错误．
本题选择错误的，故选：D．
【分析】当孔、缝的宽度与波长差不多或者比波长还小时，就能够发生明显的衍射现象，这是发生明显衍射的条件．
2.如图是某时刻t两列波的叠加图，S1、S2是相干波源，它们的振动情况完全相同，发出两列完全相同的水波，波峰、波谷分别用实线、虚线表示，下列说法正确的是（??
）
A.?B质点始终位于波谷处，D质点始终位于波峰处?????????B.?只有D质点振动始终加强
C.?经过半个周期，B质点变为波峰，D质点变为波谷?????D.?C，E两质点振动时强时弱
【答案】
C
【解析】解：A、此时B质点处是两列波波谷与波谷相遇处，D质点是波峰与波峰相遇处，但随着时间推移，波峰与波谷位置在变化，但振动始终是最强的．故A错误．
BD、质点C和质点E位置是两列波波峰与波谷叠加的地方，振动始终是最弱的，而D、B质点处是两列波波峰与波峰、波谷与波谷，振动始终是最强的．故BD错误．
C、从图示时刻开始，B质点经过
个周期变为波峰，D质点经过
个周期变为波谷．故C正确，
故选：C．
【分析】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．振动加强点的振动等于波单独传播时振幅的2倍．
【素养作业】
1.波与生活息息相关，下列关于波的说法正确的是（???
）
A.?超声波的频率很高，不会发生衍射??????????????????????B.?空气中的声波是纵波，不能发生干涉
C.?医院检查身体的“彩超”，利用了多普勒效应????D.?只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
【答案】
C
【解析】A．衍射是波特有的现象，只要是波都会发生衍射，A不符合题意；
B．干涉是波特有的现象，尽管空气中的声波是纵波，也能发生干涉，B不符合题意；
C．医院检查身体的“B超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应原理，C符合题意；
D．波源运动时，波源与观察者距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，D不符合题意。
故答案为：C。
2.水波通过小孔，发生一定程度的衍射，为使衍射现象明显，可以（??
）
A.?增大小孔尺寸，同时增大水波的频率??????????????????B.?增大小孔尺寸，同时减小水波的频率
C.?缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率??????????????????D.?缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率
【答案】
D
【解析】当孔的宽度跟波长相差不大，甚至比波长更小时，能发生明显衍射。为使衍射现象更明显，可以缩小小孔尺寸，增大水波的波长，据
，知应减小水波的频率，D对。
故答案为：D
3.如图所示是水波干涉示意图，S1、S2是两振幅相等的相干波源，A、D、B
三点在一条直
线上，下列说法正确的是（??
）
A.?质点
A
振幅比B，D
大???????????????????????????????????????B.?质点
B
始终在波峰
C.?质点
D
位移不会为零??????????????????????????????????????????D.?质点
C
一直在平衡位置
【答案】
D
【解析】从图中看出，ABD三点都是振动加强点，所以三点的振幅相等，A不符合题意；质点
B的振动加强，但不是
始终在波峰，B不符合题意；质点
D
的振动加强，但是位移可能为零，C不符合题意；C点是波峰与波谷相遇是振动减弱点，位移始终为零，即在平衡位置，D符合题意。
故答案为：D
4.如图所示，S1、S2是两个频率相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷。则它们相遇区域内的B点振动（??
）
A.?始终减弱???????????????B.?始终加强???????????????C.?过半个周期变为减弱???????????????D.?过1/4个周期变为加强
【答案】
B
【解析】根据题中“实线表示波峰，虚线表示波谷”。由图可知，B点是谷谷相遇点，是振动加强点，
故答案为：B.
5.关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是（??
）
A.?两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加
B.?两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点
C.?两列频率相同的波相遇时，如果介质中的某点振动是加强的，某时刻该质点的位移可能是零
D.?两列频率相同的波相遇时，振动加强点的位移总是比振动减弱点的位移大
【答案】
C
【解析】解：A、两列频率不相同的波相遇时，不会发生波的干涉现象，但是波仍然会叠加，故A错误；
B、两列频率相同的波相遇时，会发生波的干涉现象，振动方向相同的点相遇，振动加强，波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇，振动最强，故B错误；
CD、两列频率相同的波相遇时，会发生波的干涉现象，振动方向相同的点相遇，振动加强，如两个质点都在平衡位置，方向相同，所以振动加强，但位移为0，故C正确，D错误．
故选：C．
6.红光透过双缝在墙上呈现明暗相间的条纹，若将其中一个缝封住，在墙上可以观察到（??
）
A.?????????B.?????????C.?????????D.?
【答案】
A
【解析】解：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距；
若将其中一个缝封住，属于单缝衍射，那么单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗；
故A正确，BCD错误；
故选：A．
7.如图所示，波源S从平衡位置开始上、下（沿y轴方向）振动，产生的简谐横波向右传播，经过0.1s后，沿波的传播方向上距S为2m的P点开始振动．若以P点开始振动的时刻作为计时的起点，P点的振动图象，如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A.?波源S最初是向上振动的
B.?该简谐波的波速为20m/s
C.?该波的波长为
m（n=0，1，2，…）
D.?该波通过宽度约为1m的缝隙时，不能产生明显的衍射现象
【答案】
B
【解析】解：
A、由P质点的振动图象可知P质点的起振方向向下，则波源开始振动的方向也向下，故A错误；
B、该简谐波的波速为
v=
=
m/s=20（m/s），故B正确；
C、由振动图象知，波的周期为T=0.4s，而λ=vT=20×0.4=8（m），故C错误；
D、障碍物的尺寸小于波的波长，可以观察到明显的衍射现象，故该波通过宽度约为1m的缝隙时，能产生明显的衍射现象．故D错误．
故选：B．
8.如图所示表示两列同频率相干水波在t=0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2cm，波速为2m/s，波长为0.4m，E点是BD连线和AC连线的交点，下列说法正确的是（??
）
A.?A，E，C三点均是振动减弱点?????????????????????????????B.?D，E，B三点均是振动加强点
C.?B，D两点在该时刻的竖直高度差为4cm?????????????D.?t=0.05s，E点离开平衡位置2cm
【答案】
B
【解析】解：A、点A和点C均为波峰与波谷叠加，为振动减弱点．B点是波峰与波峰，D点是波谷与波谷叠加点，即为振动加强点，则E点在振动加强点连线上，也是振动加强点，故A错误，B正确；
C、D点在该时刻波峰与波峰叠加，振动加强，偏离平衡位置的位移为4cm，B点在该时刻波谷与波谷叠加，振动加强，偏离平衡位置的位移为﹣4cm，则D、B两点在该时刻的竖直高度差为8cm；故C错误．
D、波传播的周期T=
=
s=0.2s，再经过t=0.05s时，即为
个周期，E点是波峰与波峰相遇，所以离开平衡位置的位移大小为4cm．故D错误．
故选：B