2024-2025學年新教材高中物理第3章機械波3波的干涉和衍射4多普勒效應及其應用練習含解析魯科版選擇性必修1

PAGE8-波的干涉和衍射多普勒效應及其應用(25分鐘·70分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.(多選)關于兩列波的干涉現(xiàn)象,下列說法中正確的是 ()A.隨意兩列波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.只有波峰和波峰或波谷和波谷相遇才是加強點C.產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波,它們的頻率肯定相同D.平衡位置與平衡位置相遇既可能是加強點也可能是減弱點【解題指南】解答本題時應理解以下兩點:(1)只有頻率和振動方向相同的波相遇時才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。(2)振動加強區(qū)域即為振動方向始終相同的區(qū)域,不肯定只是波峰和波峰或波谷和波谷相遇才是加強點。【解析】選C、D。頻率相同的兩列波才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,A錯誤,C正確;兩列波發(fā)生干涉現(xiàn)象時,振動加強區(qū)域即為振動方向始終相同的區(qū)域,所以不肯定只是波峰和波峰或波谷和波谷相遇才是加強點,B錯誤;平衡位置與平衡位置相遇既可能是加強點也可能是減弱點,D正確?！狙a償訓練】(多選)下列屬于明顯衍射現(xiàn)象的是 ()A.隔墻有耳B.池中假山前有水波,假山后無水波C.河中蘆葦后面沒有留下無波的區(qū)域D.在大山前喊話,多次聽到自己的聲音【解析】選A、C。當波的波長遠遠大于障礙物的尺寸時,會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,A、C均正確;選項B中假山后無水波說明衍射現(xiàn)象不明顯;選項D中的現(xiàn)象不是衍射現(xiàn)象,是波遇到障礙物發(fā)生的反射現(xiàn)象。2.(多選)關于多普勒效應,下列說法中正確的是 ()A.當波源與視察者有相對運動時,才會發(fā)生多普勒效應B.當波源與視察者運動的速度相同時,不會發(fā)生多普勒效應C.只有機械波才能發(fā)生多普勒效應D.只要波源運動,就肯定會發(fā)生多普勒效應【解析】選A、B。當波源與視察者有相對運動時,他們之間的距離必定發(fā)生變更,其距離增大或減小,則視察者接收到的頻率就相應地減小或增大,可知必發(fā)生多普勒效應,即選項A正確;而當波源與視察者運動的速度完全相同時,無相對運動,相當于二者都靜止的狀況,不會發(fā)生多普勒效應,故選項B正確,選項D錯誤;多普勒效應是波動過程共有的特征,這里的波動包括一切波的傳播過程,故選項C錯誤。3.一條彈性繩子處于水平狀態(tài),M為繩子中點,兩端P、Q同時起先上下振動,一小段時間t后產(chǎn)生的波形如圖所示,對于其后繩上各點的振動狀況,以下推斷正確的是 ()A.波源P和Q起先振動的方向均是向上的B.波源Q產(chǎn)生的波將先到達中點MC.中點M的振動雖始終是加強的,但其位移大小在某時刻可能為零D.這兩列波能形成穩(wěn)定的干涉圖樣【解析】選A。由圖及波傳播方向與質點振動方向關系的推斷方法可得:t時刻波源PQ所形成的兩列橫波在波剛到達的兩質點均向上振動,而傳播波的質點起先振動的方向與其波源起先振動方向相同,故A符合題意;由于波速是由介質確定的,故兩列波的波速相同,故兩列波同時到達M點,故B不符合題意;由圖可得:波源P產(chǎn)生的波長大于波源Q產(chǎn)生的波長,由v=λf可得:波源P所形成波的頻率小于波源Q所形成波的頻率,不能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,即M點的振動不是始終加強的,故C、D不符合題意?！狙a償訓練】(多選)如圖所示,S1、S2是振動狀況完全相同的兩個機械波波源,振幅為A,B、C、D三點分別位于S1、S2連線的中垂線上,且BC=CD。某時刻B是兩列波的波峰相遇點,D是兩列波的波谷相遇點,則 ()A.B處質點的位移始終為2AB.D處質點的位移始終為-2AC.C處質點的振幅為2AD.D處質點的振幅為2A【解析】選C、D。振動加強的點的振動總是加強,但并不是始終處于波峰或波谷,它們都在平衡位置旁邊振動,也有的時刻位移為零,只是振幅為兩列波振幅之和,振動猛烈。4.(多選)以下關于波的衍射的說法,正確的是 ()A.波遇到障礙物時,肯定會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B.當障礙物的尺寸比波長大得多時,會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C.當孔的大小比波長小時,會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D.通常講話產(chǎn)生的聲波,經(jīng)過尺寸為1m左右的障礙物時會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象【解析】選C、D。波發(fā)生明顯衍射的條件是:孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長相比差不多或者比波長更小,當障礙物的尺寸比波長大得多時,就不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故A、B錯誤,C正確;人耳能識別的頻率范圍是20Hz～20kHz,人通常講話產(chǎn)生的聲波頻率范圍在200kHz～700kHz左右,按空氣中聲波的波速v=340m/s計算,通常講話產(chǎn)生的聲波波長在0.49m～1.7m之間,所以經(jīng)過尺寸為1m左右的障礙物時會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,這也是“隔墻有耳”的緣由,故D正確。5.(多選)某兩列波相疊加形成了穩(wěn)定的干涉圖樣,則 ()A.兩列波的頻率肯定相同,但它們的相位差不恒定B.振動加強區(qū)域的各質點都在波峰上,振動減弱區(qū)域的各質點都在波谷上C.振動加強的區(qū)域始終加強,振動減弱的區(qū)域始終減弱D.振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域不隨時間的變更而變更【解析】選C、D。兩列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉的條件必需是兩列波的頻率相同且相位差恒定,故A不符合題意;振動加強區(qū)域的各質點只是振幅最大,振動減弱區(qū)域的各質點只是振幅最小,它們均在自己的平衡位置旁邊振動,并不是只在波峰上或只在波谷上,選項B不符合題意;振動加強區(qū)始終加強,振動減弱區(qū)始終減弱,即振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域不隨時間的變更而變更,形成穩(wěn)定的干涉圖樣,選項C、D符合題意。6.圖甲所示為一列簡諧橫波在t=0.2s時的波形圖,圖乙為該波上A質點的振動圖像,則下列推斷正確的是 ()A.這列波的波速為2.5m/sB.這列波沿x軸正向傳播C.若此波遇到另一列簡諧橫波并發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象,則所遇到的波的頻率為2.5HzD.若該波遇到一障礙物能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,則該障礙物的尺寸肯定比40cm小許多【解析】選C。由圖知:T=0.4s,λ=0.4m,則波速為v==m/s=1m/s,故A錯誤;由圖乙知:t=0.2s時刻質點A正通過平衡位置向上振動,依據(jù)波形的平移法可知該列波沿x軸負方向傳播,故B錯誤;發(fā)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象須要頻率相同,則所遇到的波的頻率f==2.5Hz時才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉,故C正確;若該波遇到一障礙物能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,則該障礙物的尺寸肯定與40cm差不多或比40cm小,故D錯誤。二、計算題(本題共2小題,共34分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.(16分)甲、乙二人分乘兩只船在湖中釣魚,兩船相距24m,有一列水波在湖面上傳播,使每只船每分鐘上下浮動10次,當甲船位于波峰時,乙船位于波谷,這時兩船之間還有一個波峰,則此水波的波速為多少?若此波在傳播過程中遇到一根直立的電線桿,是否會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象?【解析】由題意可知T=s=6s。設此波的波長為λ,則有24m=λ+,λ=16m,所以v==m/s=m/s。由于λ=16m大于直立電線桿的尺寸,所以當波通過直立的電線桿時會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。答案:m/s會發(fā)生8.(18分)兩列橫波在x軸上沿相反方向傳播,如圖所示,傳播速度v=6m/s,兩列波的頻率都是f=30Hz,在t=0時,這兩列波分別從左和從右傳到S1和S2處,使S1和S2都起先向上做簡諧振動,S1的振幅為2cm,S2的振幅也為2cm,已知質點A與S1、S2的距離分別是S1A=2.25m,S2A=4.25m。(1)推斷在兩波到達A點后A點的振動狀況。(2)若A點發(fā)生振動,求其在s內通過的路程?！窘馕觥?1)由公式λ=得:λ=0.2m,質點A與S1、S2的距離差為:Δx=|S2A-S1A|=2m=10λ。即質點A為振動加強點,振幅A=2cm+2cm=4cm。故A點以振幅為4cm、周期為s做機械振動。(2)由公式T==s,由(1)知,A點在時間s內經(jīng)過了兩個全振動,通過的路程為8倍振幅,即4×8cm=32cm。答案:(1)A點以振幅為4cm、周期為s做機械振動(2)32cm(15分鐘·30分)9.(6分)(多選)如圖所示的實線和虛線為t=0時刻A、B兩列簡諧橫波沿x軸傳播的波形圖,兩列波疊加并發(fā)生了干涉現(xiàn)象,下列說法正確的是 ()A.若A波沿x軸正向傳播,則B波也可能沿x軸正向傳播B.相鄰兩個振動加強點平衡位置相距0.2mC.x=0.5m處為振動減弱點D.兩列波遇到尺寸小于0.4m的障礙物會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象【解析】選B、C、D。若A波沿x軸正向傳播,B波也沿x軸正向傳播,則兩列波傳播速度相同,疊加不會出現(xiàn)穩(wěn)定的振動加強與振動減弱區(qū)域,因此兩列波的傳播方向肯定相反,故選項A不符合題意;t=0時刻,x=0、x=0.2m為相鄰的兩個振動加強點,故選項B符合題意;x=0.5m處為波峰與波谷相遇點,為振動減弱點,故選項C符合題意;兩列波遇到尺寸小于0.4m的障礙物會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故選項D符合題意。10.(6分)(多選)如圖所示,圖中表示兩列相干水波的疊加狀況,實線表示波峰,虛線表示波谷,設這兩列波的振幅均為5cm。兩列波傳播過程中在圖示范圍內振幅各自不變,波速和波長分別為1m/s和0.5m。如圖甲和圖乙所示,C點是BE連線的中點,下列說法正確的是 ()A.兩圖C、D兩點都保持靜止不動B.兩圖示時刻A、B兩質點豎直高度差是20cmC.兩圖示時刻C點均正處在平衡位置且向下運動D.從今時刻起經(jīng)0.25s,B質點通過的路程為20cm【解析】選B、D。兩列相干水波的疊加狀況,可知D點是振動減弱點,但C點是振動加強點,故A錯誤;加強點會得到加強,在A點波峰與波峰相遇,A點高度10cm,在B點波谷與波谷相遇,B點深度為10cm,A、B兩點的豎直高度差為20cm,故B正確;圖示時刻C點正處在平衡位置且向上運動,故C錯誤;從圖示時刻起經(jīng)0.25s即半個周期后,B點通過的路程為20cm,故D正確。11.(6分)(多選)超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波,波長很短,只有幾厘米,甚至千分之幾毫米,它的方向性好,穿透實力強,易于獲得較集中的聲能,在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有許多的應用。關于超聲波,下列說法中正確的有 ()A.由于高頻率超聲波波長很短,衍射本事很差,在勻稱介質中能夠沿直線傳播B.空氣中超聲波傳播速度遠大于一般聲波傳播的速度C.當超聲波在介質中傳播時,介質參加振動的頻率等于超聲波頻率D.用超聲波測血液流速,超聲波迎著血液流淌方向放射,血液流速越快,儀器接收到的反射回波的頻率越低【解析】選A、C。波長越短的波其衍射現(xiàn)象越不明顯,故高頻率超聲波波長很短,衍射本事很差,在勻稱介質中能夠沿直線傳播,故A正確;不同機械波在同一介質中的傳播速度是相同的,故空氣中超聲波傳播速度與一般聲波傳播的速度相等,故B錯誤;波在介質中傳播時,頻率由振源確定,故當超聲波在介質中傳播時,介質參加振動的頻率等于超聲波頻率,故C正確;用超聲波測血液流速,超聲波迎著血液流淌方向放射,血液流速越快,儀器接收到的反射回波的頻率越高,故D錯誤。12.(12分)如圖所示,兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播,兩波源分別位于x=-2×10-1m和x=12×10-1m處,兩列波的波速均為v=0.4m/s,兩波源的振幅均為A=2cm。圖示為t=0時刻兩列波的圖像(傳播方向如圖),此刻處于平衡位置x=0.2m和x=0.8m的P、Q兩質點剛起先振動,質點M的平衡位置處于x=0.5m處。(1)從t=0時刻起,兩列波經(jīng)多長時間相遇?(2)質點M振動的振幅多大?(3)t=1s時刻,質點M的位移多大?【解題指南】求解此題應把握以下三點:(1)由v=求相遇時間。(2)M點為振動