模型39 波的叠加与干涉类综合问题-高考物理热点模型突破训练

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01 模型概述
1. 波的叠加
1）波的独立传播：两列波在彼此相遇并穿过后，仍然保持各自的波长、频率等运动特征不变，继续沿着原来的方向传播，彼此之间互不影响。
2）波的叠加：几列波相遇时，每列波能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只是在重叠的区域里，任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和
2.波的干涉
1）定义：频率相同的两列波叠加，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象，叫波的干涉.
2）产生稳定干涉现象的条件
①两列波的频率相同，相位差必须保持不变.
②产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显。
3）干涉的普遍性：一切波在一定条件下都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。
4）干涉图样及其特点
①干涉图样
②特点
a)加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。
b)加强区和减弱区的位置固定不变，加强区与减弱区互相间隔。
③振动加强点和减弱点的理解
a）振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的，
b)加强点：振幅最大，为两列波的振幅之和，即A＝A1＋A2
c)减弱点：振幅最小，为两列波的振幅之差，即A＝|A1－A2|
d)每个质点都在各自的平衡位置附近做简谐运动，质点的位移都随时间变化，如加强点的位移也可以为零，某时刻减弱点的位移也可以大于加强点的位移，若两列波的振幅相等，则减弱点的合振幅为零，并不振动。
e)两列波在空间相遇发生干涉，两列波的波峰相遇点为加强点，波峰和波谷的相遇点是减弱的点，加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大;减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都最小.
5）波的干涉现象中加强点、减弱点的条件及判断
①直观判断法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间．
②图像法：在某时刻波的干涉的波形图上，波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点，一定是加强点，而波峰与波谷的交点一定是减弱点，各加强点或减弱点各自连接形成以两波源为中心向外辐射的连线，形成加强线和减弱线，两种线互相间隔，加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点的振幅之间。
③公式法：波的干涉现象中，某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两相干波源的距离之差Δr。
a)当两相干波源振动步调一致时
若 (n=0,1,2,…),则振动加强;
若 (n=0,1,2,…),则振动减弱.
b)当两相干波源振动步调相反时
若 (n=0,1,2,…),则振动加强;
若 (n=0,1,2,…),则振动减弱.
02 典题攻破
1.波的叠加
【典型题1】（2024·浙江·模拟预测）如图甲，两列沿相反方向传播的横波，形状相当于正弦曲线的一半，上下对称，其振幅均为A，传播速度均为v。时刻两列波刚好相遇，一段时间后在ab间出现了两列波“消失”的现象，如图乙所示，a、b间距为L，c为ab的中点。则（ ）
A．相遇过程中c点的位移始终为0
B．时，a质点的速度最大
C．时，b质点的加速度向上且达到最大
D．时，a、b间距为10L
2.波的干涉点个数问题
【典型题2】13．（2024·浙江金华·三模）（多选）如图所示，在操场平面内建立平面直角坐标系，平面内有一半径为的圆形轨道，圆心在O处，A、B分别为圆上两点。现于、两点分别安装了两个扬声器。两个扬声器连续振动发出简谐声波，其振动图像如下图所示。已知声波在空气中的传播速率为，两波频率均为，振幅相等。甲同学从B点沿直线运动到A点（不含A、B点），乙同学从B点沿圆轨道逆时针运动半周到A点（不含A、B点）。下列说法正确的是（ ）
A．甲同学有7次听不到声音
B．甲同学听不到声音的位置坐标可能为
C．乙同学有7次听不到声音
D．乙同学听不到声音的位置坐标方程为（，，，）
3.波的干涉综合问题
【典型题3】（2024·陕西安康·模拟预测）（多选）自古就享有人间天堂美誉之称的江南，河湖交错，水网纵横，如诗如画。如图1所示，两个完全相同的水滴同时落在平静水面上的A、B两点，将水滴形成的涟漪（水波）视为简谐横波且两列波的波长相等，A、B两点间的距离为2m，O点为A、B连线的中点，C点在AB连线上且位于A点右侧0.5m处。已知A点形成的波的传播速度大小为0.5m/s，其在时刻的波动图像如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A．A点形成的波的周期为0.5s
B．O点为振动加强点，其位移不可能为0
C．两列波的波峰能在C点相遇
D．在两列波相遇的区域能形成稳定的干涉图样
E．A、B点连线上（不含A、B点）共有13个振动加强点
【典型题4】（2024·江西南昌·三模）如图所示为水池某时刻的水波图样，S1、S2为水池边缘的两个波源，将水波视为简谐横波，实线为波峰，虚线为波谷，此时S1、S2均处在波谷位置，可以通过调节波源S1的振动频率，使两波源的振动完全相同，在水面上形成稳定干涉图样，已知波源S2振动形成的水波波长为20cm，波速为40cm/s，两列波的振幅均为5cm，两列波的传播速度大小相同，S1、S2两点之间的距离为100cm，S1、S2、P三点在同一水平面上，且刚好构成一个直角三角形，∠S1S2P=53°，sin53°=0.8，Q为两波源连线的中点，则下列判断正确的是（ ）
A．将波源S1的振动频率调高后形成稳定干涉图样
B．形成稳定干涉后，S1、S2连线上共有8个振动加强点
C．形成稳定干涉后，P点处质点振动的振幅为5cm
D．Q点从平衡位置振动1.25s后通过的路程为1m
03 针对训练
1．（2025·安徽蚌埠·一模）干涉型消声器是一种高效、低耗的噪声控制设备，通过声波干涉原理可实现噪声的消除，它的结构如图所示。波长为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，它们分别通过和的路程，在b处相遇。设路程差，要达到消弱噪声的目的，应为（ ）
A．半波长的奇数倍B．半波长的偶数倍
C．波长的奇数倍D．波长的偶数倍
2．（2024·河南·二模）如图为一“环腔式”降噪器的原理图，可以对高速气流产生的噪声进行降噪。波长为的声波沿水平管道自左侧入口进入后分成上、下两部分，分别通过通道①、②继续向前传播，在右侧汇聚后噪声减弱，其中通道①的长度为10，下列说法正确的是（ ）
A．该降噪器是利用波的衍射原理设计的 B．通道②的长度可能为8.5
C．通道②的长度可能为8 D．该降噪器对所有频率的声波均能起到降噪作用
3．（2024·黑龙江大庆·模拟预测）消除噪声污染是当前环境保护的重要课题，。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都会发出噪声，如图所示的消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声。假设频率为f，传播速度为v的声波沿水平管道自左向右传播，抵达A点时，分成上下两束波沿着虚线α路径和b路径传播，最终在 B 点相遇时可削弱噪音，下列说法正确的是（ ）
A．该消声器降噪是利用了波的衍射原理
B．当两条路径的长度差为的奇数倍时，消音效果最好
C．当两条路径的长度差为的奇数倍时，消音效果最好
D．这两束波的频率相同，沿a、b路径的速率大小，从A点分开后最终同时到达 B 点
4．（2024·广西桂林·模拟预测）同一均匀介质中坐标分别为和的两个振源M、N，从时刻开始振动，产生的机械波相向传播，时的波形如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．两列波在该介质中的频率为2HzB．两列波在该介质中的波速为1m/s
C．处的质点是振动加强点D．处的质点是振动加强点
5．（2024·河南安阳·三模）如图所示，水面上相距为a的A、B两点有两个频率相同且同时向相同方向起振的波源，两波源发出的波在水面发生干涉。观察发现C点与D点是两个相邻的振动加强点，已知DC垂直于AB，∠DAB=60°，∠CAB=30°，则该波的波长为（ ）
A．B．C．D．
6．（2024·云南·模拟预测）两列简谐横波在同一介质中相向传播，时刻的波形如图所示，两波源的平衡位置分别位于M、N两点处，O点为M、N连线的中点，两波源的振动方向平行。已知M、N两点的间距，振动频率均为，M处波源的振幅，N处波源的振幅。时刻O处的质点开始振动。下列说法正确的是（ ）
A．两列波的波速大小均为
B．从到，O处质点运动的路程为0.5m
C．从到，O处质点的动能先增大后减小
D．经过足够长的时间，MN间（不包括M、N两点）振幅为15cm的点共有14个
7．（2023·湖北武汉·模拟预测）（多选）如图所示，水平面内两个沿竖直方向振动的相干波源S1、S2发出的简谐横波在同一均匀介质中相遇，波长均为5cm，波源S1的振幅为2cm，S2的振幅为4cm。图中实线表示某时刻波峰，虚线表示该时刻波谷，a、c、e三点均位于S1、S2连线的中垂线上，其中e点是a、c连线的中点，b、d、f三点为所在两个圆弧的交点。下列说法中正确的有（ ）
A．图示时刻ac两点连线上的任意一点（不含a、c）均向上振动
B．b点的振幅为2cm
C．图中b、d、f三点位于同一条双曲线上
D．图中e点的振幅为0，但是它是振动加强点
8．（2024·陕西·模拟预测）（多选）如图，S1、S2是振幅均为1cm的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示。则（ ）
A．两列波的波长不同，但频率相等
B．两列波不会发生稳定的干涉
C．A处质点振动始终减弱，B、C处质点振动始终加强
D．此时A、B、C处各质点的位移是：xA = 0cm，xB = −2cm，xc = 2cm
E．A、B、C处各质点不会随着水波振动而飘向远处
9．（2025·广西河池·一模）（多选）在一均匀介质中，波源坐标分别为和的两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播。两波源在时刻同时开始振动，时的波形图如图所示。此时位于和处的两个质点都恰好开始振动，则（ ）
A．两列简谐波波速的大小均为0.02m/s
B．时，处的质点向下振动
C．时，处的质点的位移大小为0.4cm
D．两列波均传播到处时，该质点振动始终减弱
10．（2024·四川内江·三模）（多选）如图，波源S1在绳的左端发出周期为T1、振幅为的半个波形a，同时，波源S2在绳的右端发出周期为T2、振幅为的半个波形b，已知，若P为两波源连线的中点，则下列判断正确的是（ ）
A．b波先到达P点
B．两波源的起振方向相同
C．a波的波峰到达S2时，b波的波峰尚未到达
D．两列波相遇时，绳上位移可达的点只有一个，此点在P点的左侧
E．两列波在P点叠加时，P点的位移最大值小于
11．（2024·河北邢台·二模）（多选）在实验室里某研究小组将两个振幅相同、频率均为10Hz的相干波源、置于矩形ABCD的C、D点上、O为AB边中点，如图所示。AB距离为40cm，AC距离为30cm，两波源开始振动一段时间后，A、O、B为三个连续的振动加强点，则下列说法正确的是（ ）
A．O点始终在位移最大处
B．两列波的波长均为20cm，波速均为2m/s
C．若两波源的频率都减半，则A点仍为加强点
D．若将波源移至B点，则A点将静止不动
12．（2024·湖南岳阳·模拟预测）（多选）如图所示，、为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为，它们在介质中产生干涉现象，、在空间共形成个振动减弱的区域（图中虚线处），是振动减弱区域中的一点，从图中可看出（ ）
A．点到两波源的距离差等于
B．两波源频率之间没有关系
C．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点时，另一列波的波谷也一定传到点