3.4.3 波的衍射 讲义 -2024-2025学年高二上学期物理沪科版（2020）选择性必修第一册

第 3 课时 波的衍射 课时聚焦 波可以绕过__________或__________进入其阴影区继续传播的现象。 · 发生明显衍射现象的条件：____________（或___________、__________）的尺寸与波长__________或比波长_________。 衍射现象总是__________的，只有明显与不明显的差异，没有“不发生衍射”之说。 · 一切波都能发生_______和_______，它们都是波特有的现象。波的干涉是波的_______中的一个特例。 通过小孔隙的明显衍射 通过小障碍物的明显衍射 孔隙大 无明显衍射 孔隙小 有明显衍射 障碍物大 无明显衍射 障碍物小 有明显衍射 【例 1】 如图，在观察水面波衍射的实验装置中，AC 和 BD 是两块挡板，AB 是一个小孔，点 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）之间的距离等于一个波长。关于波经过孔之后的传播情况，下列说法正确的是（ ） A．不能观察到明显的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔 AB 扩大，能观察到更明显的衍射现象 D．如果孔 AB 的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象 【例 2】 在利用发波水槽观察水波的衍射实验中，若改变挡板的方向和位置可观察到水波通过挡板后的不同情况。在图中画出水波在挡板后的传播情况。 【例 3】 如图所示，P 为直立于小河之中的一个实心桥墩，A 为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，小河水面平静。在 S 处稳定拍打水面，形成水波向桥墩后面传播，但树叶 A 没有明显振动。为使水波能传播到桥墩后面使树叶 A 振动起来，可以采用什么方法？ 同步精练 一、选择题 1． 下列关于波的说法正确的是（ ） A．波在任何情况下都能发生明显的衍射现象 B．波在任何情况下都能发生干涉现象 C．频率相同的两列波，一定不能形成干涉图样 D．干涉和衍射都不改变波的频率和波长 2． 关于机械波的衍射，下列说法错误的是（ ） A．波可以绕过障碍物继续传播，这种现象称为波的衍射 B．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象 C．波长一定的机械波通过宽度不同的狭缝时，宽度越小衍射越明显 D．波长不同的机械波通过宽度一定的狭缝时，波长越小衍射越明显 3． 如图，发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，笔对波的传播（ ） A．有影响，水波发生明显衍射现象 B．有影响，水波不发生明显衍射现象 C．无影响，水波发生明显衍射现象 D．无影响，水波不发生明显衍射现象 4． 一列水波穿过小孔发生了衍射现象，衍射的水波与原来的水波相比（ ） A．波长变短 B．频率变高 C．波速变小 D．质点的振幅变小 5． 关于波的干涉和衍射现象，下列说法正确的是（ ） A．一切种类的波只要满足一定条件都能产生干涉和明显的衍射现象 B．波只要遇到障碍物就能够发生明显的衍射现象 C．只要是两列波叠加，都能产生稳定的干涉图样 D．对于发生干涉现象的两列波，它们的振幅一定相同 6． 如图所示是波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是（ ） （A） （B） （C） （D） 7． 如图，P 为桥墩，A 为靠近桥墩漂浮的叶片，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（ ） A．提高波源频率 B．增大波源周期 C．减小波源距桥墩的距离 D．增加波源距桥墩的距离 二、填空题 8． “隔墙有耳”说明声波可以绕过障碍物，这是声波在传播过程中发生了_________现象；两列波在介质中相遇一定会发生_________现象。 9． 绕发声的音叉走一圈会听到时强时弱的声音，这是声波的________现象。如图所示为不同频率的水波通过相同的小孔所能达到区域的示意图，则其中水波的频率最大的是图________。 10． 科学探究发现蝙蝠用超声波探测物体，其探测到的最小物体的大小尺寸大致与其发射的超声波的波长一致。若某只蝙蝠能够探测最小长度为 0.57 cm 的虫子，该蝙蝠发射的超声波频率可能为__________（选填“3”“6”或“8”）×104 Hz。（超声波在空气中的速度约为 340 m/s，在虫体内的速度约为 1 500 m/s） 11． 利用发波水槽得到的水面波形如图所示，则图甲显示了波的_________现象。为了能更明显地看到此现象，可以_________水波的振源频率（选填“增大”或“减小”）。 三、综合题 12． 如图，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），试回答下列问题： （1）若闭合 S1，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）若图中实线和虚线分别表示波峰和波谷，在 A、B、C、D 各点中，哪些点向上振动最高？哪些点向下振动最低？哪些点振动最弱？ 13． 甲、乙两人分乘两条小船在湖中钓鱼，两船相距 24 m。有一列水波在湖面上传播，使每条小船每分钟上下浮动 20次，当甲的小船位于波峰时，乙的小船位于波谷，这时两船之间还有 5 个波峰。 （1）此水波的波长为多少？波速为多少？ （2）若此波在传播过程中遇到一根竖立的水泥杆，是否能发生明显的衍射现象？ （3）若该波经过一跨度为 30 m 的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩处能否看到明显的衍射现象？ （4）若该桥为一 3 m 宽的涵洞，洞后能否发生明显的衍射现象？ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第 3 课时 波的衍射 课时聚焦 波可以绕过__________或__________进入其阴影区继续传播的现象。 · 发生明显衍射现象的条件：____________（或___________、__________）的尺寸与波长__________或比波长_________。 衍射现象总是__________的，只有明显与不明显的差异，没有“不发生衍射”之说。 · 一切波都能发生_______和_______，它们都是波特有的现象。波的干涉是波的_______中的一个特例。 通过小孔隙的明显衍射 通过小障碍物的明显衍射 孔隙大 无明显衍射 孔隙小 有明显衍射 障碍物大 无明显衍射 障碍物小 有明显衍射 【例 1】 如图，在观察水面波衍射的实验装置中，AC 和 BD 是两块挡板，AB 是一个小孔，点 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）之间的距离等于一个波长。关于波经过孔之后的传播情况，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: B A．不能观察到明显的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔 AB 扩大，能观察到更明显的衍射现象 D．如果孔 AB 的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象 【例 2】 在利用发波水槽观察水波的衍射实验中，若改变挡板的方向和位置可观察到水波通过挡板后的不同情况。在图中画出水波在挡板后的传播情况。 Comment by fanjing: 【例 3】 如图所示，P 为直立于小河之中的一个实心桥墩，A 为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，小河水面平静。在 S 处稳定拍打水面，形成水波向桥墩后面传播，但树叶 A 没有明显振动。为使水波能传播到桥墩后面使树叶 A 振动起来，可以采用什么方法？ Comment by fanjing: 图中水波的波长小于桥墩的宽度。水波的波速不变，降低 S 处拍打水面的频率，可增大水波的波长。根据波的衍射条件，障碍物（桥墩）的宽度与水波波长差不多或者比水波的波长小时，水波能够绕过桥墩继续传播，使桥墩后的树叶 A 振动起来。 同步精练 一、选择题 1． 下列关于波的说法正确的是（ ） A．波在任何情况下都能发生明显的衍射现象 B．波在任何情况下都能发生干涉现象 C．频率相同的两列波，一定不能形成干涉图样 D．干涉和衍射都不改变波的频率和波长 2． 关于机械波的衍射，下列说法错误的是（ ） A．波可以绕过障碍物继续传播，这种现象称为波的衍射 B．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象 C．波长一定的机械波通过宽度不同的狭缝时，宽度越小衍射越明显 D．波长不同的机械波通过宽度一定的狭缝时，波长越小衍射越明显 3． 如图，发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，笔对波的传播（ ） A．有影响，水波发生明显衍射现象 B．有影响，水波不发生明显衍射现象 C．无影响，水波发生明显衍射现象 D．无影响，水波不发生明显衍射现象 4． 一列水波穿过小孔发生了衍射现象，衍射的水波与原来的水波相比（ ） A．波长变短 B．频率变高 C．波速变小 D．质点的振幅变小 5． 关于波的干涉和衍射现象，下列说法正确的是（ ） A．一切种类的波只要满足一定条件都能产生干涉和明显的衍射现象 B．波只要遇到障碍物就能够发生明显的衍射现象 C．只要是两列波叠加，都能产生稳定的干涉图样 D．对于发生干涉现象的两列波，它们的振幅一定相同 6． 如图所示是波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是（ ） （A） （B） （C） （D） 7． 如图，P 为桥墩，A 为靠近桥墩漂浮的叶片，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（ ） A．提高波源频率 B．增大波源周期 C．减小波源距桥墩的距离 D．增加波源距桥墩的距离 二、填空题 8． “隔墙有耳”说明声波可以绕过障碍物，这是声波在传播过程中发生了_________现象；两列波在介质中相遇一定会发生_________现象。 Comment by fj: 衍射，叠加 9． 绕发声的音叉走一圈会听到时强时弱的声音，这是声波的________现象。如图所示为不同频率的水波通过相同的小孔所能达到区域的示意图，则其中水波的频率最大的是图________。 Comment by fj: 干涉，丙 10． 科学探究发现蝙蝠用超声波探测物体，其探测到的最小物体的大小尺寸大致与其发射的超声波的波长一致。若某只蝙蝠能够探测最小长度为 0.57 cm 的虫子，该蝙蝠发射的超声波频率可能为__________（选填“3”“6”或“8”）×104 Hz。（超声波在空气中的速度约为 340 m/s，在虫体内的速度约为 1 500 m/s） Comment by fj: 6 或 8。蝙蝠为了探测虫子需要加强反射，减小衍射，即没有产生明显衍射。超声波的波长为 0.57 cm，对应的频率 f = = Hz ≈ 5.96×104 Hz，当蝙蝠发出的超声波频率大于该数值时，反射更明显。即蝙蝠发射的超声波频率可能为 6×104 Hz 或 8×104 Hz。 2022沪科版练习册3.4.3 11． 利用发波水槽得到的水面波形如图所示，则图甲显示了波的_________现象。为了能更明显地看到此现象，可以_________水波的振源频率（选填“增大”或“减小”）。 Comment by fj: 衍射，减小 三、综合题 12． 如图，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），试回答下列问题： Comment by fj: （1）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）稳定的干涉现象 （3）D 点向上振动最高，B 点向下振动最低，A、C 两点振动最弱。 （1）若闭合 S1，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）若图中实线和虚线分别表示波峰和波谷，在 A、B、C、D 各点中，哪些点向上振动最高？哪些点向下振动最低？哪些点振动最弱？ 13． 甲、乙两人分乘两条小船在湖中钓鱼，两船相距 24 m。有一列水波在湖面上传播，使每条小船每分钟上下浮动 20次，当甲的小船位于波峰时，乙的小船位于波谷，这时两船之间还有 5 个波峰。 Comment by fj: （1）m，m/s （2）能 （3）能 （4）能 （1）此水波的波长为多少？波速为多少？ （2）若此波在传播过程中遇到一根竖立的水泥杆，是否能发生明显的衍射现象？ （3）若该波经过一跨度为 30 m 的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩处能否看到明显的衍射现象？ （4）若该桥为一 3 m 宽的涵洞，洞后能否发生明显的衍射现象？ 学科网（北京）股份有限公司 $$