3.3波的反射、折射和衍射提升优化（word含解析）-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册

3.3波的反射、折射和衍射提升优化（含解析）
一、单选题
1.关于机械波，下列说法中正确的是（??
）
A.?机械波的传播过程也是传递能量的过程???????????????B.?机械波的频率与波源振动的频率无关
C.?机械波不能产生干涉、衍射现象?????????????????????????D.?机械波能在真空中传播
2.如图所示，沿x轴正方向传播的一列横波，传到A点的同时，沿x轴负方向传播的另一列横波恰传到B点，这一时刻A、B质点的速度方向相同。两列波的波速相同，波长都是2m，质点的振幅都是2cm，继续传播足够长的时间后（??
）
A.?质点M的振幅是2cm???????????????????????????????????????????B.?质点M的振幅是4cm
C.?质点N（1.5m处）的振幅是4cm?????????????????????????D.?质点M、N的振幅都是0
3.水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。这两列波相遇后，在它们重叠的区域形成如图所示的图样。下列说法中正确的是（??
）
A.?这是水波的衍射现象???????????????????????????????????????????B.?这两个波源的振动频率相同
C.?加强区和减弱区在水面上的位置会发生变化????????D.?这是水波特有的现象，其它波没有此类现象
4.振动情况完全相同的两波源
、
（图中未画出）形成的波在同一均匀介质中传播时发生干涉，如图所示为在某个时刻的干涉图样，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，下列说法正确的是（??
）
A.?
处为振动减弱点，
处为振动加强点
B.?
处为振动加强点，所以
处质点的位移始终大于
处质点的位移
C.?再过半个周期，原来位于
处的质点运动到
处
D.?
处质点到两波源
、
的路程差可能为半个波长
5.如图所示，在两列相干简谐横波的叠加区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷。两列波的振幅均0.1m，波速为2m/s，波长为0.2m，E、F两点分别是AB、BC连线的中点，下列说法正确的是（??
）
A.?A与C始终处于波峰
B.?此时图中F正经过平衡位置且向下运动
C.?E经过0.2s的路程为1.6m
D.?A与D的竖直高度差始终为0.2m
6.两列频率相同的简谐横波振幅分别为A1=4cm、A2=3cm，它们在某时刻的干涉图样如图所示，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰（实线）和波谷（虚线），下列说法正确的是（??
）
A.?质点A的振幅是1cm
B.?质点C是振动减弱点
C.?质点B此刻振动的速度最小
D.?再过半个周期，质点D是振动加强点
7.关于波的衍射，正确的是（
）
A.?波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象
B.?当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显
C.?孔越大，则衍射现象越明显
D.?当障碍物的尺寸与波长差不多时，会发生明显的衍射现象
8.在观察频率相同的两列波的干涉现象实验中，出现了稳定的干涉图样，下列说法中正确的是（　　）
A.?振动加强是指合振动的振幅变大?????????????????????????B.?振动加强的区域内各质点的位移始终不为零
C.?振动加强的区域内各质点都在波峰上??????????????????D.?振动加强和减弱区域的质点随波前进
9.在水波槽里放两块挡板，当中留一窄缝，已知窄缝的宽度为0.5cm，所用水波的波长为5cm，则如图所示的衍射图样中正确的是（??
）
A.?????????????????????????????B.?????????????????????????????C.?????????????????????????????D.?
10.当两列水波发生干涉时，如果两列波的波谷在某点相遇，下列说法错误的是（??
）
A.?该点的位移有时可能为0?????????????????????????????????????B.?该点的振幅最大
C.?该点的位移始终最大???????????????????????????????????????????D.?该点的振动加强，且始终是加强的
11.关于衍射和干涉，以下说法正确的是（??
）
A.?只有机械波才能发生衍射，次声波容易产生衍射现象
B.?当障碍物的尺寸比声波波长大得多时，容易产生衍射现象
C.?两个完全相同的波源，在其干涉的区域内，振动减弱点的位移始终为零
D.?两个完全相同的波源，在其干涉的区域内，振动加强点的位移始终最大
12.如图所示观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板AB是一个小孔，O是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（??
）
①此时能明显观察到波的衍射现象
②如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
③挡板前后波纹及间距离相等
④如果孔的大小不变，使波源频率增大，能明显观察到衍射现象．
A.?只有②④???????????????????????????B.?只有②???????????????????????????C.?只有①②③???????????????????????????D.?①②③④
13.一游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动．可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20cm，周期为6.0s．当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐．地面与甲板的高度差不超过10cm时，游客能舒服地登船．在一个周期内，游客不能舒服登船的时间是（??
）
A.?2.0
s????????????????????????????????????B.?3.0s????????????????????????????????????C.?4.0
s????????????????????????????????????D.?5.0
s
14.如图所示，S1、S2为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为λ，它们在介质中产生干涉现象，S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域（图中虚线处），P是振动减弱区域中的一点，以下说法错误的是（??
）
A.?P点到两波源的距离差等于1.5λ
B.?P点始终不振动
C.?P点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动变为最强
D.?当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一定传到P点
15.下列说法中正确的是（??
）
A.?用比值法来定义加速度这个物理量，其表达式为a=
B.?奥斯特发现了电流的磁效应并总结得出了电磁感应定律
C.?机械波和电磁波本质上是不相同的，但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
D.?光在真空中传播的速度在不同惯性系可能不同
16.如图，P为直立于小河之中的一个实心桥墩，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，小河水面平静，现在S处于稳定拍打水面，使形成的水波能带动树叶A振动起来，可以采用的方法是（??
）
A.?提高拍打水面的频率???????????????????????????????????????????B.?降低拍打水面的频率
C.?不需拍打，A也会振动起来?????????????????????????????????D.?无论怎样拍打，A都不会振动起来
二、综合题
17.在“观察水波的干涉”实验中得到如图所示的干涉图样．O1、O2为波源，实线表示波峰，虚线为P位置与波源连线，且O1P=O2P
．
（1）P点是振动加强点吗？
（2）若有一小纸片被轻放在P点浮于水面上，则此后纸片运动情况是
18.一个人在船上测得，每经过5s有一个波峰经过船的锚链，他还通过目测估计出相邻两个波峰的距离是15m
，
问：
（1）这时的波速是多少？
（2）船的固有频率是多大就会引起共振？
19.一列简谐横波沿x轴正方向传播，t＝0时刻的波形如图所示，介质中质点P、Q分别位于x＝2
m、x＝4
m处。从t＝0时刻开始计时，当t＝15
s时质点Q刚好第4次到达波峰。
（1）求波速。
（2）写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)。
答案解析
1.【答案】
A
【解析】A、机械波的传播过程也是传递能量的过程；故A正确；
B、机械波的频率与波源振动的频率相同；故B错误；
C、机械波可以产生干涉及衍射现象；故C错误；
D、机械波的传播需要介质；不能在真空中传播；故D错误；
故选：A．
2.【答案】
B
【解析】ABD．质点M到A、B的路程差为
所以质点M是振动加强点，振幅为
AD不符合题意，B符合题意；
C．质点N到A、B的路程差为
所以质点N是振动减弱点，振幅为
C不符合题意。
故答案为：B。
3.【答案】
B
【解析】A．这是水波的干涉现象，A不符合题意；
B．形成稳定的干涉图案时，两列波的频率一定相同，B符合题意；
C．加强区和减弱区在水面上的位置是固定的，不会发生变化，C不符合题意；
D．干涉现象是波所特有的现象，只要是波，就一定能产生干涉现象，D不符合题意。
故答案为：B。
4.【答案】
D
【解析】A．a处为谷谷相遇点，为振动加强点，b处为峰谷相遇点，为振动减弱点，A不符合题意；
B．c处为峰峰相遇点，为振动加强点，b处为峰谷相遇点，为振动减弱点，加强点的振幅大于减弱点的振幅，但是并非加强点的位移总大于减弱点的位移，B不符合题意；
C．质点只在平衡位置附近上下振动，但不随波迁移，C不符合题意；
D．b处质点为振动减弱点，则c到两波源
、
的路程差可能为半个波长，D符合题意。
故答案为：D。
5.【答案】
C
【解析】A．由图可知，
与
是振动加强区域，此时的
与
是波峰与波峰相遇，波是由近及远向外传播的，所以
点与
点随时间的推移，会有平衡位置、波谷等依次通过，A不符合题意；
B．图中
处于振动加强区，由于波的传播特点可知，下一波峰将从
位置传播到
位置，则由图示时刻
点正经过平衡位置且向上运动，B不符合题意；
C．波的周期为
因波的周期和质点振动周期相同，
点又在振动加强区域，两列波的振幅都是
，两列波叠加后的振幅为
，所以
在一个周期内通过的路程是
，那么在
内通过的路程为
，C符合题意；
D．由图知，
点是波峰与波峰相遇，相对平衡位置的高度是
，因两列波的振幅相同，
点是波峰与波谷相遇，处于平衡位置，
点与
点的竖直高度差是
，但下一时刻
点虽然是振动加强区，不一定是波峰与波峰相遇，其相对平衡位置的竖直高度不再是
，D不符合题意。
故答案为：C。
6.【答案】
C
【解析】图是两列频率相同的相干水波于某时刻的叠加情况，实线和虚线分别表示波峰和波谷，则C点是波谷与波谷相遇点，A是波峰与波峰相遇点，B、D两点是波峰与波谷相遇点。则A、C两点是振动加强的，且B、D两点是振动减弱的。
A．S1的振幅A1=4cm，S2的振幅A2=3cm，质点A是处于波峰叠加位置，则A点的振幅为7cm，A不符合题意；
B．质点C是振动加强点，B不符合题意；
C．质点B是振动减弱点，此刻振动的速度最小，C符合题意；
D．D点是振动减弱点，再过半个周期，质点D的振动仍是减弱点，D不符合题意；
故答案为：C。
7.【答案】
D
【解析】波发生明显衍射的条件是：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或者比波长更小；如果孔、缝的宽度或障碍物的尺寸，比波长大得多时，就不能发生明显的衍射现象，D符合题意，ABC不符合题意．
故答案为：D．
8.【答案】
A
【解析】解：A、在干涉图样中振动加强是指合振动的振幅变大，振动质点的能量变大，A符合题意；
B、振动加强区域质点是在平衡位置附近振动，有时位移为零，B不符合题意；
C、振动加强的区域内各质点的振动方向均相同，可在波峰上，也可在波谷，也可能在平衡位置，C不符合题意；
D、振动加强和减弱区域的质点不随波前进，D不符合题意；
故答案为：A
【分析】只有两个频率完全相同的波能发生干涉，有的区域振动加强，有的区域震动减弱。而且加强和减弱的区域相间隔。
9.【答案】
C
【解析】解：窄缝宽度0.5
cm明显小于水波波长5
cm，符合发生明显衍射的条件，且水波是以水中“某点”为中心的弧线，且波长不变，故ABD错误，C正确．
故选：C．
【分析】知道障碍物或孔的尺寸与波长相差不大时发生衍射现象；知道向前传播时，波长不变，形状不变即可求解．
10.【答案】
C
【解析】解：该点为波谷与波谷叠加，为振动加强点，振动始终加强，振幅最大．位移在变化，有时为零，有时处于最大．故C错误，ABD正确．
本题选择错误的，故选：C．
【分析】两列波波峰与波峰相遇，振动加强，振幅最大．频率相同的两列波发生干涉，振动加强点始终加强，减弱点始终减弱，都呈周期性变化．
11.【答案】
C
【解析】解：衍射是波共有的特性，所有的波都可以，故A错误；
当障碍物的尺寸与声波波长接近或相差不多时，容易产生衍射现象，故B错误；
波源相同，则振幅相同，所有振动减弱的点的位移始终为零，C正确；
振动加强的位移也是正弦变化的，D错误．
故选C
【分析】当障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多时，容易发生衍射现象，且波长越大越容易；干涉时位移是呈正弦规律变化的．
12.【答案】
C
【解析】解：①、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①正确．②、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②正确．③、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③正确．④、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④错误．
故选：C．
【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．
13.【答案】
C
【解析】解：把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，从船上升到最高点时计时，其振动方程为：y=Acos
代入得：y=20cos
t（cm）
当y=10cm时，可解得：
=
，t=1s
故在一个周期内，游客不能舒服登船的时间是6﹣2t=4.0s．
故选：C．
【分析】把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，写出其振动方程，根据数学知识求解时间．
14.【答案】
C
【解析】解：A、由题意可知，S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域，则P点到两波源的距离差等于1.5λ．故A正确；
B、S1、S2为振动情况完全相同的波源，P点电振动减弱点，则始终不振动．故B正确；
C、若P点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动仍为最弱．故C错误；
D、因P点是振动减弱区，当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一定传到P点，故D正确；
本题是选说法错误的是，故选：C．
【分析】两列波相遇时振动情况相同时振动加强，振动情况相反时振动减弱；当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱，则振动情况相同时振动加强；振动情况相反时振动减弱．
15.【答案】
C
【解析】解：A、公式a=
是牛顿第二定律的表达式，用比值法来定义加速度这个物理量，其定义式为a=
．故A错误；
B、奥斯特仅发现了电流的磁效应；库伯和韦德总结得出了电磁感应定律．故B错误；
C、机械波和电磁波本质上是不相同的，但它们都具备波的特性，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象．故C正确；
D、根据光速不变原理可知，在不同的惯性参考系中，光的速度是相等的．故D错误．
故选：C
【分析】根据比值定义法的含义，明确加速度的定义式；记住著名物理学家的主要贡献；机械波和电磁波本质上是不相同的，但它们都具备波的特性；光速在惯性参考系中的速度不变；
16.【答案】
B
【解析】解：打水面时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，提高拍打水面的频率，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等，根据λ=
，波速不变，频率增大，波长减小，衍射现象不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象更明显，故B正确，ACD错误．
故选：B．
【分析】发生明显的衍射现象的条件：孔缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或更小．当衍射现象明显时，形成的水波能带动树叶A振动起来．
二、综合题
17.【答案】
（1）据图可知，两列波的波长相同，所以两列波的频率相同，由于且O1P=O2P，所以路程差为半个波长的整数倍，所以该点P为振动加强点
（2）在P点处随水面上下运动
【解析】（1）据图可知，两列波的波长相同，所以两列波的频率相同，由于且O1P=O2P
，
所以路程差为半个波长的整数倍，所以该点P为振动加强点．在P点处随水面上下运动
【分析】两列频率相同，当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱，则振动情况相同时振动加强；判断加强点时也可利用路程差判断；据波传播与质点的振动实质判断选项．
18.【答案】
（1）每经过5s有一个波峰经过船的锚链，故周期为5s；相邻两个波峰的距离是15m，故波长为15m；故波速为：
V=?
（2）船做受迫振动，当驱动力频率与固有频率相等时，发生共振，故发生共振的频率为：
F=??=0.2Hz
【解析】【分析】（1）根据公式v=
求解波速；（2）船做受迫振动，当驱动力频率与固有频率相等时，发生共振．
19.【答案】
（1）设简谐横波的波速为v，波长为λ，周期为T，由图象知
。由题意知
t
①
②
联立①②式，代入数据得
（2）质点P做简谐运动的表达式为
【解析】?【分析】（1）根据波形图得到波长；从t=0时刻开始计时，当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰，判断出周期；然后根据
计算波速；（2）根据波形图得到振幅A，然后根据公式
列式求解。