3.3波的反射、折射和衍射基础达标（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（含答案）

3.3波的反射、折射和衍射基础达标（含解析）
一、单选题
1.以下关于波的说法中正确的是 （ ??）
A.?干涉现象是波的特征，因此任何两列波相遇时都会产生干涉现象
B.?因为声波的波长可以与通常的障碍物尺寸相比相差不大，所以声波很容易产生衍射现象
C.?声波是横波
D.?纵波传播时，媒质中的各质点将随波的传播一直向前移动
2.“余音绕梁，三日不绝”主要指的是声波的（?? ）
A.?干涉?????????????????????????????????????B.?衍射?????????????????????????????????????C.?反射?????????????????????????????????????D.?叠加
3.我们能听见建筑物后传来的声音而看不见建筑物后的物体，这是因为（?? ）
A.?声波是纵波????????????????????B.?声波振幅大????????????????????C.?声波波长较长????????????????????D.?声波波速较小
4.生活中会遇到各种波，下列说法正确的是（　　）
A.?声波和光波均会发生偏振现象
B.?用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹
C.?太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波都可以在真空中传播
D.?手机在通话时既有电磁波又有声波，它们传播速度相同
5.如图所示，两个做简谐运动的波源M、N相距 L=27m ，它们产生的简谐波在空间叠加。已知简谐波在空间的传播速度 v=340m/s ，两波源的振动频率均为 f=85Hz ， MP=9m 、 NP=18m ，并发现P点始终为振动加强点。求：
（1）两波源的相位差 Δφ ；
（2）过P点与 MN 垂直的直线上振动加强点的个数n（包括P点）。
6.如图所示是水波干涉示意图，S1、S2是两波源，A、D、B三点在一条直线上，两波源频率相同振幅相等，实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列说法正确的是（?? ）
A.?A处质点一会儿在波峰，一会儿在波谷
B.?B处质点一直在波谷，B处的质点与波源实现了共振
C.?C处质点一会儿在波峰，一会儿在波谷
D.?D处质点一直在平衡位置
7.S1、S2为两个相干波源，在同一水平面上它们发出两列圆形波，两列波某时刻叠加的波形如图所示，图中实线表示波峰，虚线表示波谷。图中有a、b、c三个位置，这三个位置上质点的振动情况是（　　）
A.?a、b、c都加强???????????B.?a、c加强，b消弱???????????C.?b、c加强，a消弱???????????D.?a、b加强，c消弱
8.如图所示，在 xOy 平面内有两个沿 z 轴方向（垂直 xOy 平面）做简谐运动的点波源 S1(1,0) 和 S2(5,0) ，振动方程分别为 zs1=Asin(πt+π2) 、 zs2=Asin(πt?π2) 。两列波的波速均为 1m/s ，两列波在点 B(5,3) 和点 C(3,2) 相遇时，分别引起B、C处质点的振动总是相互（?? ）
A.?加强、加强???????????????????????B.?减弱、减弱???????????????????????C.?加强、减弱???????????????????????D.?减弱、加强
9.两列振幅均为A、频率均为10Hz的简谐横波，分别沿x轴正、负方向传播，在某一时刻到达B、E点，如图中实线、虚线所示。两列波的波速均为10m/s，下列说法正确的是（?? ）
A.?BE之间的所有质点都不会振动????????????????????????????B.?质点P、O横坐标的差为2.75m
C.?质点P、O开始振动的时刻之差为0.05s????????????????D.?两列波叠加时，C点的振幅为2A
10.如图所示，S是x轴上的上下振动的波源，振动频率为10Hz.激起的横波沿x轴向左右传播，波速为20m/s.质点a、b与S的距离分别为36.8m和17.2m，已知a和b已经振动.若某时刻波源S正通过平衡位置向上振动，则该时刻下列判断中正确的是（ ??）
A.?b位于x轴上方，运动方向向下
B.?b位于x轴下方，运动方向向上
C.?a位于x轴上方,运动方向向上
D.?a位于x轴下方，运动方向向上
11.如图所示，S1、S2是同一个水槽内的两个波源，它们在水槽中分别激起水波，图中实线表示波峰，虚线表示波谷。两列波的波长分别为λ1、λ2 ， 且λ1>λ2 ， 某时刻图中P质点处恰好两列波的波峰相遇，下列说法中正确的是（?? ）
A.?P质点的振动始终是加强的
B.?P质点将始终位于波峰
C.?由于两列波的波长不同，因此P点的振动不遵从波的叠加原理
D.?P点的振动仍遵从波的叠加原理，但并非始终加强
12.如图所示分别为红光和绿光在相同条件下的干涉和衍射图样。下列判断正确的是（?? ）
A.?甲图是绿光的衍射图样
B.?乙图是红光的干涉图样
C.?丙图是红光的衍射图样
D.?丁图是绿光的干涉图样
13.如图所示，S1、S2是位于水面的两个振动情况完全相同的波源，振幅为A，P、M、N三点均位于S1、S2连线的中垂线上，且PM=MN。某时刻P是两列波的波峰相遇点，N恰是两列波的波谷相遇点，则（?? ）
A.?P、N两点间的距离为半个波长???????????????????????????B.?M点位移的最大值为2A
C.?P点的位移始终是2A???????????????????????????????????????????D.?N点为振动减弱点
14.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.?减小挡板间距离，衍射波的波长将减小???????????????D.?增大挡板间距离，衍射现象将更明显
15.两个振动情况完全一样的波源S1和S2相距6m，它们在空间产生的干涉图样如图所示，图中实线表示振动加强的区域，虚线表示振动减弱的区域。下列说法正确的是(?? )
A.?两波源的振动频率一定相同????????????????????????????????B.?虚线一定是波谷与波谷相遇处
C.?两列波的波长都是3m?????????????????????????????????????????D.?两列波的波长都是1m
16.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．产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，在声波到达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△r=r2﹣r1 ， 则△r等于（?? ）
A.?波长λ的整数倍??????????B.?波长λ的奇数倍??????????C.?半波长 12 λ的奇数倍??????????D.?半波长 12 λ的偶数倍
二、综合题
17.如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距为4 m，若S1、S2振动频率均为5 Hz，两列波的波速均为10 m/s，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，以R＝BS1为半径画圆．
（1）该波的波长为多少？
（2）在S1、S2连线上振动加强的点有几个，它们距S1的距离为多少？
（3）在该圆周上(S1和S2两波源除外)共有几个振动加强的点？
18.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24 m ． 有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5
个波峰．
（1）此水波的波长为多少？波速为多少？
（2）若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？
（3）若该波经过一跨度为30 m的桥洞，桥墩直径为3 m ， 桥墩处能否看到明显衍射？
（4）若该桥为一3 m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射？
19.如图所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2 ， 狭缝的尺寸比波长小得多)，试回答以下问题：
（1）若闭上S1 ， 只打开S2 ， 会看到什么现象？
（2）若S1、S2都打开，会发生什么现象？
（3）若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各点中，哪些点向上振动最强，哪 些点向下振动最强，哪些点振动最弱？
答案解析
1.【答案】 B
【解析】频率相同、相位恒定的两列波相遇才能产生稳定的干涉现象，A不符合题意；由衍射条件知，B符合题意；声波是纵波，C不符合题意；波的传播过程中，不论横波和纵波，质点并不随波发生迁移，D不符合题意。
故答案为：B
2.【答案】 C
【解析】解：“余音绕梁，三日不绝”是指声音遇到梁与墙，不断反射，因此主要指的是声波的反射，与波的干涉，衍射均无关，故C正确，ABD错误；
故选：C．
3.【答案】 C
【解析】解：声波能绕过某一建筑物传播，声音发生了衍射，说明声波波长较长．光波的波长很短，不容易发生衍射，因此不能绕过阻碍物向前传播．
而声波虽是纵波，但绕过阻碍物的现象不能说明声波是纵波，
由于波的衍射现象与传播速度无关，
综上所述，故C正确，ABD错误；
故选：C．
4.【答案】 B
【解析】A．声波是纵波不能发生偏振现象，A不符合题意；
B．白光由各种色光组成，在单缝衍射和双缝干涉实验中，不同的色光叠加在光屏上产生彩色条纹，B符合题意；
C．医院“B超”中的超声波传播需要介质，C不符合题意；
D．手机用电磁波传递信息，人用说话时发出声波，因此，手机在通话时涉及到的波既有电磁波又有声波，电磁波真空中传播速度为3×108m/s；声波常温下速度大约为340m/s；速度不同，D不符合题意。
故答案为：B。
5.【答案】 （1）解：设简谐波的波长为 λ ，则有v=λf
解得λ=4m，可知 MP=9m=214λ
NP=18m=412λ
当两列波在P点都处于波峰时，波源M处于平衡位置且向下振动，波源N处于负向位移最大处，波源N的相位比波源M超前 π2 ，所以两波源的相位差 Δφ=π2
（2）解：在过P点与MN垂直的直线上取一点 P' ，在 P'N 上取一点 N' ，使 N'N=1m ，如图所示。把 N' 看成一个新波源，它与波源M相位差为0，当 P'N'?P'M 等于半个波长的偶数倍时， P' 点为振动加强点。由几何关系知
?1m当 P'N'?P'M 等于8m、4m或0时， P' 为振动加强点。根据对称性可知，过P点与MN垂直的直线上振动加强的点一共有5个。
【解析】（1）本题主要考查波的干涉，根据干涉形成加强点的条件和波长、波速和频率之间关系进行求解。
（2）由干涉形成加强点的条件以及几何关系列方程求解。
6.【答案】 A
【解析】ABD．ABD三处质点都是振动加强点，一会儿在波峰，一会儿在波谷，A符合题意，BD不符合题意；
C．C处质点是振动减弱点，振幅为零，一直在平衡位置，C不符合题意；
故答案为：A。
7.【答案】 D
【解析】因为a点是峰峰相遇点，则振动加强；b点是谷谷相遇点，则振动加强；c点是峰谷相遇点，振动减弱。
故答案为：D。
8.【答案】 B
【解析】AD．由于C点到两波源的距离相等，两列波从波源传到C点的路程差为 Δsc=0 ，为波长的整数倍，由两波源的振动方程可知两波的振动方向相反，所以C为振动减弱点，则AD不符合题意；
BC．两列波从波源传到B点的路程差为 ΔsB=32+42?3=2m
由振动方程可知两列波源的振动周期为 T=2ππ=2s
波长为 λ=vT=1×2=2m
两列波从波源传到B点的路程差为波长的整数倍，所以B点为振动减弱点，所以B符合题意；C不符合题意；
故答案为：B。
9.【答案】 B
【解析】A．质点D在两列波中振动方向均向下，叠加后向下振动。A不符合题意；
B．根据波速公式得 λ=vT=vf=1m
据图可得，质点P、O横坐标的差为 s=234λ=2.75m
B符合题意；
C．由图可知，质点P振动的时间为 t1=1.75T
质点O振动的时间为 t2=2T
振动的时间差为 Δt1=0.25T=0.025s
C不符合题意；
D．两列波叠加时，C点的振幅为0。D不符合题意。
故答案为：B。
10.【答案】 A
【解析】横波沿x轴向左右传播，波源S正通过平衡位置向上振动时，S点的两侧都是波谷.由v=λf得，波长 λ=vf=2010m=2m .
AB.bS=17.2m=8.6λ，相当于0.6λ，波源S正通过平衡位置向上振动，b位于x轴上方，运动方向向下；A符合题意，B不符合题意.
CD.由题aS=36.8m=18.4λ，相当于0.4λ，波源S正通过平衡位置向上振动，a位于x轴下方，运动方向向下；C，D均错误.
故答案为：A
11.【答案】 D
【解析】AB．由题设知，此时P点正好是波峰与波峰的相遇点，随着时间推移，P点的位移发生变化，由于波长不同，导致两波的频率不同，所以不是始终振动加强的，P质点不是始终位于波峰，AB不符合题意；
CD．虽然波长不同，但均属于波，都有波的特性，遵从波的叠加原理，但并不始终加强的，C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
12.【答案】 C
【解析】AB．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，故甲图和乙图是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距 Δx=ldλ
可知波长 λ 越大， Δx 越大，红光的波长大于绿光的波长，则乙图为绿光的双缝干涉图样，AB不符合题意；
CD．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，故丙图和丁图是衍射图样，红光的波长大于绿光的波长，即丙图为红光的单缝衍射图样，D不符合题意C符合题意。
故答案为：C。
13.【答案】 B
【解析】A．根据题意可知P、N两点均为振动加强点，又因为P点在波峰，N点在波谷，所以P、N两点相距半波长的奇数倍，AD不符合题意；
B．P、N两点均为振动加强点，两点连线上的点也为振动加强点，所以M点位移的最大值为2A，B符合题意；
C．P点在平衡位置做简谐振动，位移的最大值为3A，C不符合题意。
故答案为：B。
14.【答案】 B
【解析】A侧波是衍射波，A不符合题意。波速决定于介质，介质不变，波速不变，B符合题意。衍射波的波速不变，周期不变，则波长也不变，C不符合题意。增大挡板间距离，衍射现象将变弱，D不符合题意。
故答案为：B
15.【答案】 A
【解析】A．发生干涉的条件是频率相同。A符合题意；
B．虚线是振动减弱的区域，则一定是波峰与波谷相遇处，B不符合题意；
C D．由图可知波源S1和S2之间的距离为3个波长，所以两列波的波长都是2m。CD不符合题意。
故答案为：A
16.【答案】 C
【解析】解：A、B、根据干涉特点知，两相干波源的距离差为波长的整数倍时，此点为振动增强点，而消除噪声不能加强，故AB均错误；
C、D、距离差为半波长的奇数倍时，此点为振动减弱点，本题为消除噪声，要减弱声音，所以C正确，D错误；
故选：C
17.【答案】 （1）解：由公式λ＝ vf ，
得λ＝ 10m/s5Hz ＝2 m
（2）解：S1、S2之间恰好有2个波长，由对称性可直接判断B点为加强点，A、B、C三点分别为S1、S2连线的等分点，由图形可知，AS2－AS1＝λ，CS1－CS2＝λ，A与C两点也为加强点，故在S1、S2连线上有3个加强点分别为：
AS1＝ λ2 ＝1 m，BS1＝λ＝2 m，CS1＝ 32 λ＝3 m.
（3）解：A、B、C三点为振动加强的点，过A、B、C三点作三条加强线(表示三个加强区域)交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，显然这六个点也为加强点，故圆周上共有六个加强点
【解析】（1）利用波速和频率可以求出波长的大小；
（2）利用两个波源之间的距离结合对称性可以判别ABC三点都是加强点，利用距离和波长的关系可以求出对应的距离；
（3）利用加强点和波源的距离作出加强线，和圆周的交点也是加强点。
18.【答案】 （1）由题意知：周期
设波长为λ，则 ，
由v＝得，v＝ m/s＝ m/s.
（2）由于 ，大于竖立电线杆的直径，所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象．
（3）由于 ，所以此波无论是通过直径为3 m的桥墩，还是通过宽为3 m的涵洞，都能发生明显的衍射现象．
（4）由于 ，所以此波无论是通过直径为3 m的桥墩，还是通过宽为3 m的涵洞，都能发生明显的衍射现象．
【解析】两船之间的距离等于一个半波长，即可求出波长，由每只船每分钟上下浮动20次，求出每秒振动的次数即为频率，再由波速公式 求波速．一切波都会发生衍射现象．发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大．根据波速公式求出两列波的波长，即可比较。
19.【答案】 （1）只打开S2时，波源S产生的波传播到狭缝S2时，由于狭缝的尺寸比波长小，于是水面波在狭缝S2处发生明显的衍射现象，水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来．
（2）由于 ，所以从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同，当S1、S2都打开时产生相干波，它们在空间相遇时产生干涉现象，一些地方振动加强，一些地方振动减弱，加强区与减弱区相互间隔开，发生明显的干涉现象．
（3）质点D是波峰与波峰相遇处，是振动最强点；质点B是波谷与波谷相遇处，也是振动最强点，质点A、C是波峰与波谷相遇的地方，这两点振动最弱．
【解析】（1）只打开S2时，波源S产生的波传播到狭缝S2时，由于狭缝的尺寸比波长小，于是水面波在狭缝S2处发生明显的衍射现象，水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来．（2）由于 ，所以从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同，当S1、S2都打开时产生相干波，它们在空间相遇时产生干涉现象，一些地方振动加强，一些地方振动减弱，加强区与减弱区相互间隔开，发生明显的干涉现象．（3）质点D是波峰与波峰相遇处，是振动最强点；质点B是波谷与波谷相遇处，也是振动最强点，质点A、C是波峰与波谷相遇的地方，这两点振动最弱．