高考考點:波的疊加中的盲點

2020-12-05 葉老師物理

波的幹涉定義如下:

頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱。這種現象叫做波的幹涉。

課本上一再強調的是兩列波的頻率要相同,在分析質點振動的疊加時說明了質點的振動方向,但對波長隻字不提,老師們就在課本的前提下得出下列結論:

1.波程差等于波長整數倍的地方,質點的振動加強。

2.波程差等於半波長的奇數倍的地方,質點的振動減弱。

這裡面有兩個盲點。一是振源的振動方向,二是兩列波的波長。如果振源的振動方向不同,上述結論就不再成立。比如:

(2017全國)34—(1)(5分)如圖(a),在xy平面內有兩個沿z方向做簡諧振動的點波源S1(0,4)和S2(0,–2)。兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖(c)所示,兩列波的波速均為1.00 m/s。兩列波從波源傳播到點A(8,–2)的路程差為_____m,兩列波引起的點B(4,1)處質點的振動相互__________(填「加強」或「減弱」),點C(0,0.5)處質點的振動相互__________(填「加強」或「減弱」)。

參考答案】2m;減弱;加強

難度係數】0.42

解析:

由幾何關係可知AS1=10m,AS2=8m,所以路程差為2m;(2)同理可求BS1-BS2=0,為波長整數倍,由振動圖像知兩振源振動步調相反,故B點為振動減弱點。(3)CS1-CS2=1m,波長λ=vT=2m

,為半波長的奇數倍,所以C點振動加強。

從本題難度係數0.42可以看出,有相當一部分考生在如此簡單的一道題上出錯,出錯的原因就是死記硬背套用結論。如果再遇上無法套用結論的試題,那就直接懵圈了。比如:

(2015全國)34—(2)(10分)甲乙兩列簡諧橫波在同一介質中分別沿x軸正向和負向傳播,波速均為25cm/s,兩列波在t=0時的波形曲線如圖所示,求:

(i)t=0時,介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點的x坐標。

(ii)從t=0開始,介質中最早出現偏離平衡位置位移為-16cm的質點的時間。

參考答案】(i)x=(50+300n)cm,n=0;±1,±2,±3……(ii)t=0.1s

難度係數】0.14

解析:(i)由圖像可知,t=0時,在x=50cm處兩列波的波峰相遇,該處質點偏離平衡位置的位移為16cm。即兩列波的波峰相遇處的質點偏離平衡位置的位移均為16cm。

甲、乙兩列波的波長分別為:λ甲=50cm、λ乙=50cm

甲、乙兩列波波峰的x坐標分別為:

x甲=50+k1λ甲,k1=0;±1,±2,±3……

x乙=50+k2λ乙,k2=0;±1,±2,±3……

所以,介質中偏離平衡位置位移為16cm的所有質點的x坐標為:

x=(50+300n)cm,n=0;±1,±2,±3……

(ii)兩列波的波谷相遇處的質點的位移為-16cm。t=0時,兩波波谷間的x坐標之差為:

從本題的難度係數0.14可以看出,絕大部分考生在本題是不得分的。原因就在於既無法套用公式,又缺乏分析解決陌生問題的能力。實際上,通過上述解析可知,只要理解了波的疊加,剩下的就是應用數學知識求解。實踐證明,死記硬背是解決不了問題的,考生在考前一定要掃除自己的盲點。

祝同學們再上臺階!

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