新教材2025版高中物理第三章机械波4.波的干涉学生用书新人教版选择性必修第一册

4.波的干涉新课程标准核心素养目标1.通过试验，了解波的干涉现象2．知道波的干涉图样的特点，理解振动加强点与振动减弱点物理观念知道波的叠加原理和波的干涉现象科学思维理解形成稳定干涉图样的条件，知道干涉是波特有的现象必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、波的叠加原理几列波相遇时能够________各自的运动特征，接着传播，在它们重叠的区域里，介质的质点________参加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________．二、波的干涉1．定义：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉(interference)．形成的这种稳定图样叫作干涉图样．2．干涉条件：频率________、相位差________、振动方向________．3．干涉的普遍性：一切波都能够发生干涉，干涉是波________的现象．【思索辨析】推断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．(1)在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象．()(2)两个人一起说话，不会发生干涉现象()情境思索：如图所示，操场中两根竖直杆上各有一个扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着AB方向走来．(1)他听到的声音会有什么改变？(2)这属于什么物理现象？提示：(1)声音忽强忽弱．(2)声波的干涉现象．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一波的叠加探究总结1.波的传播具有独立性与叠加性，即几列波在相遇时能够保持各自的运动状态接着传播，在重叠区域，介质中的质点同时参加这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播的位移的矢量和．2．波的叠加中位移改变波在叠加时由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的总位移可能是两位移相加，也可能是两位移相减．典例示范例1波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1m/s，在t＝0时刻绳上的波形如图中(a)所示，则依据波的叠加原理，以下叙述中正确的是()A．当t＝2s时，波形如图①所示，当t＝4s时，波形如图②所示B．当t＝2s时，波形如图①所示，当t＝4s时，波形如图③所示C．当t＝2s时，波形如图②所示，当t＝4s时，波形如图①所示D．当t＝2s时，波形如图②所示，当t＝4s时，波形如图③所示课堂笔记针对训练1(多选)如图所示，两位学生课外探讨简谐绳波的特点，P1、P2是处于绳波两端的两个波源，波源的振动频率均为f，振幅均为Y，某时刻P1发出的波恰好传到c，P2发出的波恰好传到a，图中只画出了此时刻两列波在ac部分叠加波形，P1、a间和P2、c间的波形没有画出．下列说法正确的是()A．a、b、c三点是振动减弱点B．a、c是振动减弱点，b是振动加强点，振幅为2YC．再经过12f时间，bD．再经过14f时间，ac探究点二波的干涉探究总结1.波的干涉与衍射的区分：(1)现象：干涉是两列频率相同的波，在相遇处叠加后，有些地方振动加强，有些地方振动减弱；衍射是波绕过障碍物接着传播的现象．(2)产生条件：干涉的条件是频率相同，相位差恒定；发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸小于或等于波长．2．波的干涉与衍射的联系：(1)干涉与衍射都是波的叠加，都是空间明暗不匀称的现象．干涉离不开衍射．而在衍射试验中也常看到干涉现象．干涉和衍射现象是同时存在的．(2)干涉和衍射都是波特有的现象．3．振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应当是振幅最大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；振幅最小的点为振动减弱点．典例示范例2[2024·浙江杭州期末]下列关于波的干涉和衍射的说法中，正确的是()A．两列波在相遇的区域内，肯定能发生干涉现象B．频率不同的两列波叠加时，也可能发生干涉现象C．只要是波都能发生衍射，衍射是波特有的现象D．波长比障碍物或孔的宽度大得多时，衍射不明显课堂笔记针对训练2利用发波水槽得到的水面波形如图a、b所示，则()A.图a、b均显示了波的干涉现象B．图a、b均显示了波的衍射现象C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象例3如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加状况，以波源S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线)；S1的振幅A1＝4cm，S2的振幅A2＝3cm.下列说法正确的是()A.质点D是振动减弱点B．质点A、D在该时刻的高度差为14cmC．再过半个周期，质点B、C是振动加强点D．质点C的振幅为7cm课堂笔记例4如图所示，在坐标原点O和x＝3m的A点有两个完全相同的振源，两个振源发出的横波波长均为1m，在y轴正方向上除O点外的振动加强的位置有()A．1处B．2处C．3处D．(2n＋1)处(n＝0，1，2…)课堂笔记思维方法振动加强点与振动减弱点的推断方法(1)条件推断法：振动状况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的路程差为Δr，当Δr＝nλ(λ＝0，1，2，…)时为振动加强点；当Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，(2)现象推断法：相干波源发出的两列波在某点相遇，若该点在某时刻波峰与波峰(或波谷与波谷或同方向振动的两平衡位置)相遇，该点为振动加强点；若波峰与波谷相遇，则为振动减弱点．针对训练3(多选)如图所示，空间同一平面内有A、B、C三点，AB＝5m，BC＝4m，AC＝3m．A、C两点处有完全相同的波源做简谐运动，振动频率为1360Hz，波速为340m/s.下列说法正确的是()A．两列波的波长均为0.25mB．B、C间有8个振动减弱的点C．B点的位移总是最大D．A、B间有7个振动加强的点课堂检测·素养提升——突出创新性素养达标1．(多选)如图所示，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图中的()2．(多选)下列说法正确的是()A．随意两列波相遇时都会叠加B．随意两列波相遇都能产生干涉现象C．在振动减弱的区域，各质点都处于波谷D．在振动加强区域，有时质点的位移等于零3.消退噪声污染是当前环境爱护的一个重要课题，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减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，波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播，当声波到达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，即可达到减弱噪声的目的，若Δr＝|r2－r1|，则Δr等于()A．波长λ的整数倍B．波长λ的奇数倍C．半波长λ2的奇数倍D．半波长λ4．如图所示，S是水波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2，狭缝的尺寸比波长小)，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？4．波的干涉必备学问·自主学习一、保持同时矢量和二、2．相同恒定相同3．特有思索辨析答案：(1)×(2)√关键实力·合作探究探究点一【例1】【解析】依据波的叠加原理，由于波速度v＝1m/s，因此在t＝2s时，两列波都传到2、3之间，正好完全重叠，叠加后各质点位移为0，如图②所示；两列波传播时互不干扰，因此t＝4s时，都传到了对方一侧，如图③所示．因此D正确，A、B、C错误．故选D.【答案】D针对训练1解析：A对，B错：两列波的频率均为f，相遇后发生稳定的干涉，a、b、c三点始终处于平衡位置，是振动减弱点．C错：再经过12f时间，即经过半个周期，b处质点仍处于平衡位置．D对：再经过14f时间，即经过四分之一周期，两列绳波相互叠加，恰好抵消，答案：AD探究点二【例2】【解析】两列波发生干涉的条件是两列波的频率相同，故A、B错误；衍射是波特有的现象，只有波才能发生衍射，故C正确；当波长比障碍物或孔的宽度大得多时，将发生明显的衍射，故D错误．【答案】C针对训练2解析：波绕过障碍物接着传播的现象就是波的衍射现象，故图a说明发生了明显的衍射现象．频率相同的两列波相遇时，当波程差为波长的整数倍时振动加强，当波程差为半个波长的奇数倍时振动减弱，使有的地方振动加强有的地方振动减弱，且加强和减弱的区域交替出现，故图b是发生了干涉现象．故D正确．答案：D【例3】【解析】A错：质点D是波谷与波谷相遇点，质点A是波峰与波峰相遇点，B、C两点是波峰与波谷相遇点．则A、D两点是振动加强点，B、C两点是振动减弱点．B对：质点A处于波峰叠加位置，相对平衡位置高度为7cm，质点D处于波谷叠加位置，相对平衡位置高度为－7cm，因此质点A、D在该时刻的高度差为14cm.C错：B、C两点是振动减弱点，无论经过多长时间，质点B、C的振动仍是减弱．D错：质点C是波峰与波谷的叠加点，其振幅为1cm.【答案】B【例4】【解析】当到两相同波源的路程差是波长的整数倍时，该点为振动加强点．在y轴上满意x2+y2－y＝nλ(n＝0，1，2…)的点振动加强，则y＝可知n<3且n≠0，只有n＝1和n＝2的(0，4)，(0，1.25)两点的振动是加强的，故B正确．【答案】B针对训练3解析：A对：两列波的波长λ＝vf＝0.25m．B对：只要到两波源的路程差为半波长奇数倍的点就是振动减弱点，两波源到BC上的点的路程差从1m＝4λ渐渐增大到3m＝12λ，因此在B、C间有8个振动减弱的点．C错：B点到两波源的路程差为1m，为波长的整数倍，处在振动加强点上，但只是振动的振幅增大，不是随意时刻位移都最大．D错：B点与两波源的路程差为1m＝4λ，A点与两波源的路程差为3m＝12λ，B到A之间还有一个路程差为零的点，所以A、B间与两波源的路程差分别为3λ、…、0、λ、2λ、…、11λ答案：AB课堂检测·素养提升1．解析：当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，依据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内全部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B正确；当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，全部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，全部的质点振动的位移加倍，所以C正确．答案：BC2．解析：随意两列波相遇时都会产生叠加，相遇区里质点的位移遵循矢量合成法则，只有频率相同的两列波相遇后才可能产生干涉现象．在振动加强的区域里，两列波引起质点的振幅等于两列波振幅之和，使振动加剧，这些质点始终在振动，自然会有某时刻的位移为零．同理，振动减弱区域里，质点的位移也有某时刻为零．A、D正确．答案：AD3．解析：声波在a点分开时，形成了相位相同的相干波，要在b点“消噪”，则两波在b点相遇时相位应相反，故两波由a到b的路程差应为半波长的奇数倍．答案：C4．解析：(1)只打开S2时，波源S产