物理人教版选修3-4名师导航 第十二章 4.1.波的衍射 含解析

人教版选修3-4高二（下）第十二章4.波的衍射和干涉强化练习学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔．若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于（）A．整个区域B．阴影Ⅰ以外区域C．阴影Ⅱ以外区域D．阴影II和III以外的区域2．一列波在传播过程中遇到一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率。

B．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率。

C．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率。

D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率。

3．某同学观察到波长相同的水波通过两个宽度不同的狭缝时的现象，如下图所示，下列说法正确的是（）A．水波通过狭缝后波长变短B．这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象C．此现象可以说明，波长一定，缝越窄衍射现象越明显D．此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显4．一条弹性绳子呈水平状态，M为绳子中点，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间t后产生的波形如图所示，对于其后绳上各点的振动情况，以下判断正确的是（）A．波源P和Q开始振动的方向均是向上的B．波源Q产生的波将先到达中点MC．中点M的振动虽始终是加强的，但其位移大小在某时刻可能为零D．这两列波能形成稳定的干涉图样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二、多选题6．某两列波相叠加形成了稳定的干涉图样，则（）A．两列波的频率一定相同，但它们的相位差不恒定B．振动加强区域的各质点都在波峰上，振动减弱区域的各质点都在波谷上C．振动加强的区域始终加强，振动减弱的区域始终减弱D．振动加强的区域和振动减弱的区域不随时间的变化而改变7．如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法是（）A．增大波源的频率B．减小波源的频率C．将N板上移一些D．将N板下移一些8．两列波在同一种介质中传播时发生了干涉现象，则( )A．振动加强区域，介质质点的位移总是比振动减弱区域介质质点的位移大B．振动加强区域，介质质点的振幅总比振动减弱区域介质质点的振幅大C．振动加强区域，介质质点的位移随时间做周期性变化D．振动加强区域，介质质点的振幅随时间做周期性变化9．如图所示，S 1、S 2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同．实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷．关于图中所标的a 、b 、c 、d 四点，下列说法中正确的有 ( )A ．该时刻a 质点振动最弱，b 、c 质点振动最强，d 质点振动既不是最强也不是最弱B ．该时刻a 质点振动最弱，b 、c 、d 质点振动都最强C ．a 质点的振动始终是最弱的， b 、c 、d 质点的振动始终是最强的D ．再过4T 后的时刻a 、b 、c 三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱参考答案1．B【解析】从图中可以看出A挡板比波长大，所以不能发生明显的衍射，而B小孔与波长相差不多，能发生明显的衍射，所以经过足够长的时间后，水面上的波将分布于阴影Ⅰ以外区域，故B 正确；故选B2．D【解析】波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v=λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，D选项正确．故选D.3．C【解析】波衍射后不影响波的特性，即波长和频率不变，A错误；波的衍射是波特有的性质，故所有波都会发生衍射现象，B错误；从图中可知第1幅图衍射现象比较明显，所以波长一定，缝越窄衍射现象越明显，由于题中给出的是波长一定的情况，无法得出缝宽一定时衍射情况，故C正确D错误．4．A【解析】【详解】A.由图及波传播方向与质点振动方向关系的判断方法可得：t时刻波源PQ所形成的两列横波在波刚到达的两质点均向上振动，而传播波的质点开始振动的方向与其波源开始振动方向相同，故A符合题意；B.由于波速是由介质决定的，故两列波的波速相同，故两列波同时到达M点，故B不符合题意；CD.由图可得：波源P产生的波长大于波源Q产生的波长，由v=λf可得：波源P所形成波的频率小于波源Q所形成波的频率，不能形成稳定的干涉图样，即M点的振动不是始终加强的，故CD不符合题意。

4 波的反射和折射名师导航知识梳理1.波面和波线任何振动状态____________的点都组成一个圆，这些圆叫做____________或____________，与波面垂直的线叫____________，代表了波的____________.2.惠更斯原理惠更斯原理是将介质中任一波面上的各点看成可以发射____________的波源，其后任意时刻这些____________在波前进方向形成新的波面.3.波的反射和折射（1）波发生反射时，入射角_________反射角，反射波的波长、频率、波速跟入射波__________.（2）波从一种介质_________另一种介质时，发生改变的现象叫做波的折射.波的折射定律公式为____________.知识导学学习波的反射和折射这一节时，首先回顾初中学过的光的反射和折射，通过光学中的入射角和折射角的概念，类似地可以理解波的反射角和折射角，以及波的反射和折射.对波面和波线的认识，可以结合教材中的实验现象和波面的示意图加以理解.波面和波是两个比较抽象的概念，要注意正确理解，例如在水波中看到波而不是面，是因为水波只在水面上传播.波的反射和波的折射在生活中会经常遇到，我们可以通过观察生活中的反射和折射现象，初步了解波的反射和波的折射，再通过理论学习，更加深刻地理解反射定律和折射定律. 疑难突破1.用惠更斯原理确定波在传播过程中的波面剖析：根据惠更斯原理，介质中波传到各点不论在同一波前或不同波前上都可看作是发射子波的波源.在任一时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波面.因此，只要知道某时刻t的波阵面，则该波阵面上的每一点都可看作发射子波的波源，经Δt时间各子波传播的距离为uΔt，u为波速，是t+uΔt时刻这些子波的包迹即为新的波面.2.反射、折射中波发生变化的是什么，不发生变化的是什么？剖析：（1）波的反射是指波遇到了障碍物会返回来继续传播，因此波的传播方向发生了变化.反射波与折射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变.波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根据公式λ=vf，我们可知波长也不改变.（2）波的折射是波从一种介质中射入另一种介质中时传播方向发生了改变的现象，由概念可知，波的折射中传播方向发生变化.由于入射波与折射波在两种不同的介质中传播，因此波速会发生变化.波的频率由波源决定，即频率不变，由公式λ=v/f，可知波长发生变化.典题精讲【例1】某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00 s第一次听到回声，又经过0.50 s再次听到回声，已知声波为340 m/s,则两峭壁间的距离为_____________m.思路解析：假设两峭壁间的距离为s，测量员离某一峭壁距离为s1,离另一峭壁距离为s2,则s=s1+s2,第一次听到回声t1=1.00 s，第二次听到回声t2=1.5 s，由此可得2s1=vt1，2s2=vt2，解上式得：s=221vtvt=425 m. 答案：425绿色通道：声波碰到障碍物时要发生反射，反射回来的声波传入耳朵里就是回声，人能区分原声与回声的时间间隔至少在0.1 s 以上.变式训练：如果一位旅游者走过一个山谷，他拍手以后经过0.5 s 听到右边山坡反射回来的声音，经过1.5 s 听到左边山坡反射回来的声音，则山谷宽度大约多少米？（已知声速为340 m/s ）答案：340 m【例2】如图12-4-1所示，某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射和折射，若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，此波在乙介质中的波速为1.2×105 km/s ，求：该波在甲介质中的传播速度.图12-4-1思路解析：由图中几何关系，可知折射角r=30°，由波的折射规律ri v v sin sin =乙甲，所以v 甲= r i sin sin ·v 乙=30sin 60sin ·v 乙=2123×1.2×105 km/s=2.08×105 km/s. 答案：2.08×105 km/s绿色通道：解此题的关键是折射定律：ri v v sin sin =乙甲. 变式训练：一列波以60°的入射角入射到两种介质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入射波的波长为0.6 m ，那么折射波的波长为___________m ，反射波的波长为__________m.答案：0.035 0.6问题探究问题：我们通常都有这样的体会，在空房间里讲话要比在普通房间里感觉声音响，这是为什么？导思：波遇到障碍物都会发生反射，因此在日常生活中会经常遇到关于反射的现象.波发生反射后，波速、频率、波长都不改变，所以声波在空间里反射后回到耳朵的声音与原声相同，而且原声与回声之间相隔时间很短，人耳分辨不开，所以感觉声音响.波的反射是波动形成的共同特征.学习了波的反射后，同学们要善于理论联系实际，分析解释生活现象.探究：人说话时发出声波，声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳，人耳只能分开相差0.1 s 以上的声音，所以，人在空房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果.。

课堂互动三点剖析1.波的衍射的定义及发生明显衍射现象的条件(1)衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象，当波碰到障碍物时，衍射现象总是存在的，只是有的明显有的不明显而已。

平常见到的某些波，用肉眼直接观察，几乎看不到衍射现象，并不是没发生衍射现象，只是太不明显，这是由于障碍物太大的缘故，实验事实表明，对同一列波而言，障碍物或孔的尺寸越小衍射越明显。

(2)发生明显衍射的条件障碍物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多。

①障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件。

一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象。

②波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。

③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。

2.根据衍射现象来分析一些波动问题要分析某一情景中波的衍射是否明显的问题关键要能从题中或图中所给出条件和信息得出波长与障碍物的尺寸关系，再由产生明显衍射的条件进行判定，有时要用到波长、频率、波速的关系式解题。

(1)要抓住发生明显衍射现象的条件进行分析判断。

只有障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多时才会发生明显衍射现象。

(2)关于波的波长变化的判断，应对波长、频率、波速之间的关系有正确的认识。

①波传播的速度由介质决定，某一种波在同种介质中波速相同。

②波的频率由波源决定。

③波长变化情况由波长、波速和频率间的关系式v=λf 得出。

各个击破【例1】 下列关于波的衍射的说法正确的是( )A.衍射是一切波特有的现象B.对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大解析：衍射是一切波特有的现象，所以选项A 对C 错。

发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B 是正确的，声波的波长在1.7 cm 到17 m 之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D 也是正确的。

第五课时波的衍射
课前预习
情景素材
我们在生活中常遇到这样的情况，几个人在一堵墙根下说话，在墙后就可听见声音，正所谓“未见其人，只闻其声”，你能分析这一现象的物理原理吗？
简答：这是声波的衍射现象。

由于声波的波长较长，可以绕过较大的障碍物，传播到障碍物后面去，而产生衍射现象。

知识预览
1.定义：波可以___________障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。

答案：绕过
2.条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸__________，或者_________时，才能观察到明显的衍射现象。

答案：跟波长相差不多比波长更小
3.一切波都能发生衍射，衍射是波___________的现象。

答案：特有
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疱丁巧解牛知识·巧学波的衍射1.定义波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射.深化升华衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象.例如：（1）在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波.当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在离障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图12-5-1所示，虽然发生衍射现象，但不明显.当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图12-5-2，衍射现象明显.图12-5-1 图12-5-2（2）在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波，当孔较大时，发现水波经过孔后在连接波源和孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图12-5-3.当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图12-5-4，衍射现象明显.图12-5-3 图12-5-4要点提示衍射现象总是存在的，只有明显和不明显的差异.像图1253所示的那样也发生了衍射现象，只是不明显而已.2.产生明显衍射现象的条件产生明显衍射现象必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多.波传到小孔（或障碍物），小孔（或障碍物）仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象.深化升华障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象.误区警示当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到.不要认为观察不到，就不发生衍射；也不要认为孔的尺寸越小，衍射现象越明显.3.惠更斯原理对衍射现象的解释由惠更斯原理，波面上的每一点都可以看作子波的波源，位于障碍物边缘狭缝处的点也是子波的波源，所以波可以到达障碍物的后面.联想发散惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小的关系.典题·热题知识点一衍射现象例1下列关于波的衍射的说法正确的是( )A.衍射是一切波特有的现象B.对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大解析：衍射是一切波特有的现象，所以选项A对C错.发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的.声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D也是正确的.答案：ABD误区警示 我们常见的衍射现象多数是横波，很多同学误认为纵波不能发生衍射.例2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，或者比波长还小时会观察到明显的衍射现象C.只有波才有衍射现象D.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：B知识点二 发生明显衍射现象的条件例3在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振动频率为5 Hz ，水波在水槽中传播速度为0.05 m/s ，为使实验效果明显，使用小孔直径d 不能超过________________m.解析：由v=λf 知λ=f v =505.0 m=0.01 m. 要发生明显衍射，应使d≤λ,所以d≤0.01 m.答案：0.01方法归纳 发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多.知识点三 衍射现象实验分析例4如图12-5-5所示是观察水面波衍射的实验装置，AC 和BD 是两块挡板，AB 是一个孔，O 是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（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( )图12-5-5 A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB 扩大，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，能更明显地观察到衍射现象解析：从图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，A 选项正确.由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，波的频率是一定的，又根据λ=fv 测得波长λ没有变化，所以B 选项是正确的.当孔扩大后，明显衍射的条件将被破坏，故C 选项正确.如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长，失去发生明显的衍射现象的条件，因此D 选项不正确.答案：ABC知识点四 衍射现象与波动的综合例5甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼，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10次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少？波速为多少？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？解析：本题主要考查了两个知识点：一是如何根据物理情景，求出描述波的物理量；二是发生明显衍射现象的条件.根据甲船和乙船的位置可判定出波长，根据每只船每分钟上下浮动的次数可知道波的频率.答案：由题意知：T=1060 s=6 s ，设波长为λ，则24 m=λ+2λ,λ=16 m ，所以v=T λ=616 m/s=38 m/s.由于λ=16 m 大于竖立电线杆的直径，所以当此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象.巧解提示 解此题应首先建立情景，大致画出两船之间的波形图，以便准确地确定波长；再根据波长和障碍物尺寸的关系确定是否会发生明显的衍射现象.问题·探究交流讨论探究问题 我们在研究水波发生衍射的条件时，通过改变什么因素可以影响到衍射现象？探究过程:霍明：当保持障碍物的大小不变时，改变波源的频率会影响观察到的衍射现象，因为波源的频率决定波的频率，波源的频率改变了，波的频率就会改变，而波速是由介质决定的，在水中波速是一定的，由λ=v/f 知，频率改变波长就会改变，而障碍物的尺寸不变，因而会影响观察到的波的衍射现象.周志伟：保持波源的频率大小不变，波长不变，改变障碍物的大小.穆雨阳：改变振动的幅度.阮人杰：既改变波源的频率，也改变障碍物的大小.探究结论:改变波源的频率或障碍物的大小.改变振幅不行.。

高中物理第十二章机械波4 波的衍射和干涉预习导航新人教版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十二章机械波4 波的衍射和干涉预习导航新人教版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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波的衍射和干涉预习导航1．知道什么是波的衍射现象和衍射的定义。

2．理解发生明显衍射现象的条件。

3．知道波的叠加原理,知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象。

4．知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况。

5．知道衍射现象、干涉现象都是波特有的现象。

刘心武的《贾元春之死》中有这样一段：抱琴并不在意，她发现了院中一样东西，很高兴，走过去细看,抱琴说：“娘娘，巧啦!这儿有现成的乞巧盆哩！"那院子里，有一雕花石台，石台上放置着一具双耳铜盆，里面储满雨水。

抱琴试着用手摩擦那双耳，盆里的水，顿时仿佛鼎沸起来。

抱琴高兴得爽笑起来.“双耳”铜盆里的水是怎么回事呢？提示：“双耳”用手摩擦产生振动,是两个频率相等的波源，在盆中水面上激起两列水面波，产生了干涉.1．波的衍射(1)波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做________。

“闻其声而不见其人"是声波的____现象。

（2）光的波长约在__________的范围内,跟一般障碍物的尺寸相比非常____，所以通常情况下看不到光的____，我们就说光沿________.（3)发生明显衍射现象的条件：狭缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长______或________。

第4节波的衍射和干涉一、波的衍射1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。

2．两种衍射现象(1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波。

当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图12-4-1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。

图12-4-1当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。

(2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。

当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。

当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显。

3．发生明显衍射现象的条件只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。

二、波的叠加1．波的叠加原理1.波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。

2．发生明显衍射的条件：缝孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多，或者比波长小。

3．波的干涉是指频率相同的两列波叠加，使某些区域的振幅加大，某些区域的振幅减小。

几列波相遇时能够保持各自的运动状态，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引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。

图12-4-2表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。

2．波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。

两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。

(如图12-4-2所示)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。

(如图12-4-3所示)图12-4-2 图12-4-3三、波的干涉1．定义频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象。

2．稳定干涉条件(1)两列波的频率必须相同。