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三点剖析
1.波的叠加原理及干涉现象和干涉条件
波的叠加:几列波在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位移的矢量和。
两列波要产生干涉,频率相同是首要条件。假设频率不同,在同一种介质中传播的波其波长就不相等,这样以来,在某时刻的某点(设P点)为两列波的波峰相遇,振动加强,但此后两列波并不总使P点的振动加强,还可以是波谷与波峰相遇而使振动削弱,这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样,只能是一般的振动叠加现象。
2.波的干涉现象中的加强区和减弱区
在波的干涉现象中,加强区是指该区域内质点的振幅A增大;减弱区域是指该区域内质点的振幅A减小。设两个频率和步调都相同的波源单独引起的振幅分别为A1和A2,则在振动加强区中质点振动的振幅为A1+A2,在振动减弱区域中质点的振幅为|A1-A2|,不论加强区还是减弱区中的质点,都仍然在其平衡位置附近做振动,它们的振动位移仍随时间发生周期性变化。因此,某一时刻,加强区域中质点的位移有可能小于减弱区域中质点振动的位移。若A1=A2,则减弱区中质点的振幅为零,不振动。
振动加强或振动减弱的判断有以下两种判断法。
条件判断法:
振动频率相同、振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时,加强、减弱条件如下:设点到两波源的距离差为Δr,那么当Δr=2k·λ/2时为加强点;当Δr=(2k+1)·λ/2时为减弱点(k=0,1,2...)。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,该点为加强点。若总是波峰与波谷相遇,则为减弱点。
各个击破
【例1】 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s可能是零
D.两列频率相同的波相遇时,振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大
解析:根据波的叠加原理,只要两列波相遇就会叠加,所以A错。两列频率相同的波相遇时,振动加强的点是波峰与波峰、波谷与波谷相遇,所以B错。振动加强的点仅是振幅加大,但仍在平衡位置附近振动,也一定有位移为零的时刻,所以选项C正确,选项D错误。
答案:C
类题演练1 在同一介质中两列频率相同,振动步调一致的横波互相叠加,则( )
A.波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的
B.振动最强的点经过14T后恰好回到平衡位置,因而该点的振动是先加强,后减弱
C.振动加强区和减弱区相间隔分布,且加强区和减弱区不随时间变化
D.加强区的质点某时刻位移可能是零
解析:当频率相同,步调一致的两列波叠加时,若波峰与波谷叠加必为减弱点,A正确;振动加强点并不是指其位移就最大,有时可能为零。所以B错,C、D正确。
答案:ACD