高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第一册3.5 波的干涉与衍射测试题

2021-2022学年沪科版（2019）选择性必修第一册

 3.5波的干涉与衍射3.6多普勒效应 课时检测（解析版）

1.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.衍射是波特有的现象

E.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】　BCD

2.下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是(　　)

A.相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强

B.相遇后，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，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰

E.两列波相遇叠加后，各波的周期和频率都发生变化

【解析】　两列波相遇时，每一列波引起的振动情况都保持不变，而质点的振动则是两列波共同作用的结果，故A选项错误，B、C选项正确.几个人在同一房间说话，声带振动发出的声波在空间中相互叠加后，不改变每列波的振幅、频率，所以声波传到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，故D正确.两列波叠加后，各波的周期和频率各自保持不变，E错误.

【答案】　BCD

3.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.任何两列波相遇都会叠加

C.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

D.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

E.两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移可能比振动减弱的质点的位移小

【解析】　根据波的叠加和干涉的概念可知，只要两列波相遇就会叠加，但如果两列波的频率不同，在叠加区域就没有稳定的干涉图样，所以A错误，B正确；发生干涉时振动加强的点还有波谷和波谷相遇的点，所以C错误；因为某质点振动加强仅是振幅加大，但只要仍在振动就一定有位移为零的时刻，所以D、E正确.

【答案】　BDE

4.有一障碍物的尺寸为10 m，下列哪些波在遇到它时能产生明显衍射现象(　　)

A.波长为1 m的机械波

B.波长为10 m的机械波

C.波长为20 m的的机械波

D.频率为40 Hz的声波

E.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、C、D中能产生明显衍射现象.

【答案】　BCD

5.如图2­5­6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2 cm，波速均为2 m/s，波长均为0.4 m，E点为B、D连线和A、C连线的交点，下列说法正确的是(　　)

图2­5­6

A.A、C两点是振动减弱点

B.A、C、E点是振动加强点

C.B、D两点在该时刻的竖直高度差为8 cm

D.t＝0.05 s时，E点离平衡位置的位移大小为4 cm

E.t＝0.05 s时，D点离平衡位置的位移大小为4 cm

【解析】　图中B、D均为振动加强点，E位于B、D的中线上，故E也是振动加强点，而A、C两点为波峰与波谷相遇，故是振动减弱点.图中所示时刻，B点偏离平衡位置－4 cm，而D点偏离平衡位置4 cm，故二者竖直高度差为8 cm，再过0.05 s，两列波的波峰恰在E点相遇，故E点偏离平衡位置的距离将达到4 cm，而D在平衡位置.故正确答案为A、C、D.

【答案】　ACD

6.新型列车动车组速度可达300 km/h，与该车汽笛声的音调相比：

(1)站在车前方路旁的人听起来音调________(选填“偏高”或“偏低”).站在车后方路旁的人听起来音调________(选填“偏高”或“偏低”).

(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样？此时列车汽笛发出的音调变化了吗？

(3)坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样？

【解析】　(1)站在列车前方的人与列车的距离在靠近，因此听起来音调偏高，站在列车后方的人与列车的距离在远离，因此音调偏低.(2)迎面来的列车上的乘客听起来音调偏高，此时列车汽笛发出的音调不变.(3)坐在该列车上的乘客与列车的相对位置不变，故听起来音调不变.

【答案】　(1)偏高　偏低　(2)偏高　没变  (3)音调不变

7.简谐横波a沿x轴正方向传播，简谐横波b沿x轴负方向传播，波速都是10 m/s，振动方向都平行于y轴，t＝0时刻，这两列波的波形如图2­5­7所示.画出平衡位置在x＝2 m处的质点从t＝0时刻开始在一个周期内的振动图像.

图2­5­7

【解析】　该题考查波的叠加和干涉.两列频率相同的波其振动图像是稳定的，t＝0时刻，两列波引起x＝2 m处质点的振动方向都向上，经过T，两列波的波峰都传到x＝2 m处，故振幅A＝A1＋A2＝3 cm.

【答案】　

8.如图2­5­8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.

图2­5­8

(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，哪些点振动最强，哪些点振动最弱？

【解析】　(1)闭上S1，打开S2，由波的衍射条件可知，这时会发生明显衍射现象.

(2)S1、S2都打开，由波的干涉条件可知，这时会发生干涉现象.

(3)在题图中，波源S形成的波，通过S1、S2形成新波源，这两个新波源发出的波相遇时会发生干涉现象，波峰与波峰、波谷与波谷相遇的点振幅最大，波峰与波谷相遇的点，振幅最小，则B、D是振动最强的点，A、C是振动最弱的点.

【答案】　(1)明显衍射　(2)干涉　(3)B、D　A、C

9.如图2­5­9所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有(　　)

图2­5­9

A.假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

B.假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

C.假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

D.假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

E.波浪的波长越长，则A、B两处的小船受到波浪的影响越明显

【解析】　A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象.

【答案】　ADE

10.两列平面简谐横波在空中叠加，其中简谐横波a(图中虚线)沿x轴正方向传播，简谐横波b(图中实线)沿x轴负方向传播，波速都是20 m/s，t＝0时，这两列波的波动图像如图2­5­10所示，那么位于x＝45 m处的质点P第一次到达波峰的时间和第一次处于平衡位置的时间分别是多少？

图2­5­10

【解析】　从题图上可知两波波长均为λ＝40 m，故T＝＝2 s.a、b两波的波峰第一次传到P点，均需要t＝，＝0.25 s，而平衡位置传到P点，均需要t′＝＝0.75 s.

【答案】　0.25 s　0.75 s

11.两列波在x轴上沿相反方向传播，如图2­5­11所示.两列波的传播速度都是v＝6 m/s，频率都是f＝30 Hz，在t＝0时，这两列波分别从左和右刚刚传到S1和S2处，使S1和S2都开始向上做简谐运动，S1的振幅为2 cm，S2的振幅为1 cm，已知质点A与S1、S2的距离分别为S1A＝2.95 m、S2A＝4.25 m，当两列波都到达A点后，A点的振幅为多大？

图2­5­11

【解析】　两列波的波长均为λ＝＝ m＝0.2 m.S1A＝2.95 m＝λ＝14λ，S2A＝4.25 m＝λ＝21λ.

当振源S2产生的波传到A点时，A点向上振动，这时振源S1早已使A振动，且使A点已振动的时间为t＝ s＝ s＝T＝6T，因此振源S1此时使A回到平衡位置且向下振动；根据波的叠加原理，知A为振动减弱区，振幅为两列波的振幅之差，即A＝A1－A2＝(2－1) cm＝1 cm.

【答案】　1 cm

12.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2­5­12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：

图2­5­12

(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