1、4波的衍射和干涉学科素养与目标要求物理观念：1.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.2.理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果.3.知道形成稳定干涉图样的条件科学思维：掌握波的干涉图样的特点，会寻找振动加强点、减弱点科学探究：通过水波的衍射、干涉实验，了解衍射、干涉现象，知道其特点和发生的条件一、波的衍射1定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象2发生明显衍射现象的条件：只有缝、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3波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象二、波的叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播
2、，在它们重叠的区域里，介质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(2)两个波源的相位差必须保持不变3干涉的普遍性一切波都能够发生干涉，干涉是波所特有的现象1判断下列说法的正误(1)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象()(2)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象()(3)只有频率相同的两列波才可以叠加()(4)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷()2两个频率、振动方向、初始
3、相位均相同的波源S1、S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强的点是_，振动减弱的点是_图1答案A、BC解析方法一由题图可以知道，A点距波源S1、S2的距离均为1.5，即x11.5，x21.5，故A到S1、S2的距离差xx1x20；B点距S1的距离为x1，距S2的距离为x22，故B到S1、S2的距离差x；C点距S1的距离为x12，距S2的距离为x21.5，故C到两波源S1、S2的距离差为xx1x20.5.因为两波源的振动情况完全相同，所以A、B点均为振动加强点，C点
4、为振动减弱点方法二由题图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点一、波的衍射如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播思考下列问题：(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？答案(1) 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到
5、达“阴影区”的现象更加明显(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播1关于衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件2波的衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况例1(多选)如图2所示是观察水波衍射的实验装置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
6、(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()图2A此时能观察到波明显的衍射现象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，能观察到更明显的衍射现象答案ABC解析观察题图可知道孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故选项A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等，故选项B对；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故选项C对；若f增大，由，知变小，衍射现象变得不明显了，故选项D错针对训练如图3所示，在空旷的广场上有一堵较
7、高大的墙MN，在墙的一侧有一个正在播放男女合唱歌曲的声源O，某人从A点走到墙后的B点，在此过程中，如从衍射的角度来考虑，则会听到()图3A声音变响，男声比女声更响B声音变响，女声比男声更响C声音变弱，男声比女声更弱D声音变弱，女声比男声更弱答案D解析由题意可知，某人从题图中A点走到墙后的B点，能听到声音，是由于波的衍射现象，但强度变弱由于男声的频率低于女声的频率，在同一介质中声音的传播速度相同，则男声的波长比女声的波长长，更容易发生衍射故A、B、C错误，D正确二、波的叠加(1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播
8、？(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？答案(1)两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响(2)相同，没有受到其他乐器的影响对波的叠加的理解1波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响2波的叠加原理：在几列波重叠的区域里，介质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例2(多选)如图4所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波
9、形b，且f1f2，P为两个波源连线的中点已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定下列说法正确的是()图4A两列波比较，a波将先到达P点B两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1A2Cb的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D两列波相遇时，绳上位移可达A1A2的点只有一个，此点在P点的左侧答案CD解析因两列波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误；因f12，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1A2，位移最大，综上所述，B错误，C、D正确三、波的干涉如图所示，与振动发生
10、器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？答案在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失对波的干涉的理解1发生干涉的条件：(1)两列波的频率相同；(2)相位差恒定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干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图5所示图5(2)特点加强区和减弱区的位置固定不变加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变
11、化)加强区与减弱区互相间隔4振动加强点和振动减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，AA1A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A|A1A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时，设点到两波源的路程差为x，当x|x2x1|k(k0,1,2，)时为振动加强点；当x|x2x1|(2k1)(k0,1,2，)时为振动减弱点若两波源振动步调相反，则上述结论相反现象判断法：若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点(4)振动加强的点和振动减弱的点始终保持与波源同频率振动，其
12、振幅不变(减弱的点的振幅可能为零)，其位移随时间变化例3如图6所示，S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是()图6Ad点始终保持静止不动B图示时刻c点的位移为零Cb点振动始终加强，c点振动始终减弱D图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cmEa点振动介于加强点和减弱点之间答案A解析d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5 cm，则b点相对平衡位置高10 cm，而c点是波谷与波
13、谷相遇，则c点相对平衡位置低10 cm，所以b、c两点的竖直高度差为20 cm，故B、C、D错误；a点位于加强点的连线上，仍为加强点，E错误例4(2017全国卷)如图7(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，2)两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为_m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)图7答案2减弱加强解析由几何关系可知两波源到A点的距离为AS110 m，AS28 m，所以两
14、波的路程差为2 m；同理可得，BS1BS20，为波长的整数倍，由振动图象知两振源振动方向相反，故B点振动减弱；两波源到C点的路程差为xCS1CS21 m，波长vT2 m，所以C点振动加强学科素养本题通过条件判断法来确定振动加强点和振动减弱点，一定要注意两波源的振动情况是相同还是相反在这个过程中，提高了学生获取和处理信息的能力，体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.1(波的衍射)一列波在传播过程中通过一个障碍物，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增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D缩小障碍物尺寸，同时
15、减小波的频率答案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，由vf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2(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t0时刻的波形如图8所示，图中小方格的边长为0.1 m则不同时刻的波形正确的是() 图8答案ABD解析脉冲波在介质中传播，xvt，当t0.3 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3 m，恰好相遇，故A正确当t0.4 s、0
16、.5 s、0.6 s时，两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4 m、0.5 m、0.6 m，由波的叠加原理可知B、D正确，C错误3(波的干涉)(多选)图9表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇图中实线表示波峰，虚线表示波谷，a、c、e共线，b、d、f共线，下列说法正确的是()图9Aa、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰答案AD解析波的干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移
17、的大小和方向都在不停地变化着但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点，而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，都是振动减弱的点，A正确；e点位于加强点的连线上，也为加强点，f点位于减弱点的连线上，也为减弱点，B错误；相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动，故经半个周期步调相反，D正确4(波的干涉)(多选)如图10所示为甲、乙两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图，甲波向右传播，乙波向左传播质点M位于x0.2 m处，则下列说法正确的是()图10
18、A这两列波会发生干涉现象BM点是振动加强点，所以其位移总是最大C此时M点位移为零，故M点是振动减弱点D由图示时刻开始，再经过甲波周期，M点将位于波谷EM点将做振幅为30 cm的简谐振动答案ADE解析两列简谐横波在同一均匀介质内传播，波速相等，由题图可知两列波的波长相等，由vf可知，频率相等，所以两列波能产生干涉，故A正确；质点M是两列波的波峰与波峰相遇处，振动总是加强，振幅等于两列波振幅之和，为A20 cm10 cm30 cm，则M点将做振幅为30 cm的简谐振动，此时M点位移为零，故B、C错误，E正确；从题图所示时刻开始，再经过T，两列波的波谷在M点相遇，所以M点到达波谷，故D正确一、选择题
19、考点一波的衍射1(多选)以下说法中正确的是()A波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C波长越长的波，越容易发生明显的衍射现象D只有波才有衍射现象答案CD解析衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时，才会观察到明显的衍射现象，选项C、D正确2(多选)如图1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1A假设波浪的
20、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答案AD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，故A、D正确3(2018沈阳东北育才学校高二下学期期中)如图2，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动为使水波能带动叶片振动，可用的方法是()图2A提高
21、波源频率B降低波源频率C增加波源距桥墩的距离D减小波源距桥墩的距离答案B4.在水波槽里放两块挡板，中间留一窄缝，已知窄缝的宽度为0.5 cm，所用水波的波长为5 cm，则下图所示的衍射图样中正确的是()答案C解析窄缝宽度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，故只有选项C正确考点二波的叠加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，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D两列频率相同
22、的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大答案C解析两列波相遇时一定叠加，没有条件，A错误；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B错误；振动加强点的振幅增大，质点仍然在自己的平衡位置附近振动，故某时刻的位移可以是振幅范围内的任何值，C正确，D错误6(多选)如图3所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下图中的()图3答案BC解析当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，根据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以选项B正确；当两列波完全相遇
23、时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有的质点振动的位移加倍，所以选项C正确7(多选)(2018青岛一中高二模块考试)如图4所示，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x2 cm和x12 cm处，两列波的波速均为v4 cm/s，两波源的振幅均为A2 cm.图示为t0时刻两列波的图象，此刻平衡位置处于x2 cm和x8 cm的P、Q两质点刚开始振动质点M的平衡位置处于x5 cm处，关于各质点运动情况的判断正确的是()图4A质点P、Q都首先沿y轴负向运动Bt0.75 s时刻，质点P、Q都运动到M点Ct1 s时刻，质
24、点M的位移为4 cmDt1 s时刻，质点M的位移为4 cm答案AD解析根据“上下坡法”可以判断，质点P、Q都首先沿y轴负向运动，A正确；两列波波速相等，经过t0.75 s，两波传播的路程都为3 cm，但P、Q两质点并不沿x轴运动，B错误；t1 s 时刻，左边波传到x6 cm处，右边波传到x4 cm处，两波的波谷相遇在M点，叠加后质点M的位移为4 cm，C错误，D正确考点三波的干涉8(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇下列说法正确的是()A波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1A2|B波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1A2C波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于
25、波峰与波峰相遇处质点的位移D波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅答案AD解析波峰与波谷相遇处质点的实际振幅为|A1A2|，故选项A正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为A1A2，但此处质点仍处于振动状态，其位移随时间按正弦规律变化，故选项B错误；振动减弱点和振动加强点的位移均随时间按正弦规律变化，选项C错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，振动加强点的振幅大于振动减弱点的振幅，故选项D正确9两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图5所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则()图5A在两波相遇的区域中会发生干涉B在两波相遇的区域中不会发生干涉C
26、P点的振动始终加强DP点的振动始终减弱答案B解析从题图中看出，两列波的波长不同，但同一介质中波速相等，根据vf，知两波频率不同，所以在两波相遇的区域中不会发生干涉；因为不能发生干涉，所以虽然此时刻P点的振动加强，但不会始终加强，也不会始终减弱，故选B.10.(多选)两列频率相同、振幅均为A的简谐横波P、Q分别沿x轴正方向和x轴负方向在同一介质中传播，两列波的振动方向均沿y轴某时刻两波的波面如图6所示，实线表示P波的波峰、Q波的波谷；虚线表示P波的波谷、Q波的波峰a、b、c为三个等距的质点，d为b、c中间的质点下列判断正确的是()图6A质点a的振幅为2AB质点b始终静止不动C图示时刻质点c的位移
27、为0D图示时刻质点d的振动方向沿y轴答案CD解析由题图可知，a、c两点为减弱点，b为加强点，所以a、c两点始终静止不动，故A、B错误，C正确；此时d点处P波向下运动，Q波向下运动，所以质点d沿y轴方向振动，D正确二、非选择题11在“观察水波的干涉”实验中得到如图7所示的干涉图样S1、S2为波源，实线表示波峰，虚线为P位置与波源连线，且S1PS2P.图7(1)P点是振动_点(选填“加强”或“减弱”)(2)若有一小纸片被轻放在P点浮于水面上，则此后纸片的运动情况是_A一定沿箭头A方向运动B一定沿箭头B方向运动C一定沿箭头C方向运动D在P点处随水面上下运动答案(1)加强(2)D解析(1)据题图可知，
28、两列波的波长相同，振动情况相同，所以两列波的频率相同，由于S1PS2P，所以路程差为波长的整数倍，所以P为振动加强点(2)据波传播的特点，各质点并不随波迁移，而是在各自平衡位置附近做简谐运动，所以小纸片在P点随水面上下运动，故A、B、C错误，D正确12.如图8所示，S是水面波的波源，xy是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1SS2)，狭缝的尺寸比波长小得多，试回答以下问题：图8 (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？答案见解析解析(1)只打开S2时，
29、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得多，于是水面波在狭缝S2处发生衍射现象，水面波以狭缝S2处为波源向挡板另一侧传播开来(2)因为SS1SS2，所以从波源发出的水面波传播到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，产生稳定的干涉现象(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13“华附讲坛”是华师附中邀请专家做前沿专题报告的常规学术活动，通常在东阶梯课室举办图9是课室
30、主席台的平面图，AB是讲台，S1、S2是与讲台上话筒等高的相同的喇叭，它们相互之间的位置和尺寸如图所示专家的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫为了避免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消已知空气中声速为v340 m/s，专家声音的频率为f136 Hz，忽略讲台的宽度，则图9(1)求专家声音的波长；(2)图中B点是振动“加强”点还是振动“减弱”点，试通过计算说明判断依据；(3)讲台上能够避免啸叫的适当位置有多少个？答案(1)2.5 m(2)见解析(3)4个解析(1)专家声波的波长是2.5 m.(2)B点为振动加强点；B点与两个声源的路程差为：xB5 m2.即波源到B点的距离差为波长的整数倍，所以B点为振动加强点(3)设P是AB上任意的一个消音点，则该点与两个声源的路程差应该满足：xP(2k1)(k0,1,2,3)由于P是在AB间的点，即有：|xP|2因此k只能取0和1，因此AB上共有4个消音点