3.5波的干涉与衍射 课时提升练-2021-2022学年高二上学期物理沪教版（2019）选择性必修第一册（word含答案）

3.5波的干涉与衍射 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．下列说法中正确的是（　　）
A．蝙蝠通过红外线的反射来判断前方是否有障碍物
B．在医学上可以利用多普勒效应测出血流的速度
C．消声器是利用波的衍射来消弱高速气流产生的噪声
D．水塘中的水波能够绕过芦苇等障碍物继续传播，是由于波的干涉造成的
2．一列沿x轴正方向传播的横波，在t=0时刻的波形如图甲所示，图乙是图甲中某质点的振动图像。下列说法正确的是（　　）
A．该波的波速为4m/s
B．图乙表示质点S的振动图像
C．质点R在t=6s时的位移最大
D．一观察者沿x轴向波源运动时，他观测到的该波频率为0.25Hz
3．关于波的描述，下列说法正确的是（　　）
A．当两列波发生干涉时，如果两列波的波峰在某点相遇，则该处质点的位移始终最大
B．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射
C．当机械波发生反射时，其频率不变，波长、波速均发生变化
D．当接收者远离波源时，波源发出的频率变低
4．超声波是一种频率高于的声波，波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，因此有广泛的应用关于超声波，下列说法中正确的是（　　）
A．由于高频率超声波波长很短，因此衍射本领很强
B．空气中超声波传播速度远大于普通声波传播的速度
C．当超声波在介质中传播时，介质参与振动的频率等于超声波频率
D．超声波测速主要是利用超声波相干性好的特点
5．一人站在火车轨道旁，一列正在鸣笛的火车高速驶来，然后又高速离去，则此人听到的鸣笛声的频率将（　　）
A．变大 B．变小
C．先变大后变小 D．先变小后变大
6．一频率为的声源以的角速度沿一半径为的圆周（圆心为O点）做匀速圆周运动。一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图所示，则观察者接收到（　　）
A．声源在A点时发出声音的频率等于
B．声源在B点时发出声音的频率等于
C．声源在C点时发出声音的频率等于
D．声源在D点时发出声音的频率小于
7．下列说法正确的是（　　）
A．在连续均匀的海浪冲击下，停在海面的小船上下振动，是共振现象
B．受迫振动的振幅由驱动力的大小决定，与系统的固有频率无关
C．医生利用超声波测定病人血管中的血流速度，这是利用了超声波的多普勒效应
D．寺庙里的大钟被撞击后我们会感觉到余音不绝，这属于声波的衍射
8．下列关于多普勒效应的说法中，不正确的是（　　）
A．多普勒效应是当波源和观测者相对介质运动时，观测频率与波源频率不同的现象
B．机械波和光波都能发生多普勒效应
C．当波源静止，观测者向着波源运动时，观测者接收的波速不变，波长变长
D．观测者静止，波源向着观测者运动时，观测者接收的波长变短，波速不变
9．关于机械振动和机械波﹐下列说法正确的是（　　）
A．由波动图像，可以直接读出振动周期和振幅
B．无论水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，做简谐运动时，小球所受的合外力等于简谐运动的回复力
C．当观察者远离波源运动时，接收到的波的频率大于波源的频率
D．只有障碍物或孔的大小小于波长，才能发生衍射现象
10．下列关于机械波的说法，正确的是（　　）
A．两列波叠加一定会出现稳定的干涉图样
B．在干涉图样中，振动加强区域的质点的位移一定大于振动减弱区域质点的位移
C．只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多，波才能发生衍射
D．当波源远离接收者时，观察者接收到的波的频率比波源频率低
11．小茗同学站在火车站的站台上研究多普勒效应，一列火车一边鸣笛一边快速经过火车站，在火车头经过小茗同学的前后一段时间内，小茗同学听到汽笛声的频率（　　）
A．逐渐升高 B．逐渐降低 C．先高后低 D．先低后高
12．声波是一种机械波，具有波的特性，关于声波下列说法中正确的是（　　）
A．不同频率的声波在空气中相遇时不会叠加
B．高频声波和低频声波相遇时能发生干涉现象
C．相同条件下，低频声波比高频声波更容易发生衔射现象
D．马路上我们听到的汽笛声的频率都是汽笛发出的原有频率
13．如图所示，在空旷的广场上有一堵较高的墙，墙的一侧点有一个播放器，先后播放男中音和女高音歌唱家的作品，小枫同学站立在墙另一侧的点．下列说法正确的是（　　）
A．由于声波的衍射，该同学可能听得到女高音但听不见男中音
B．由于声波的衍射，该同学可能听得到男中音但听不见女高音
C．该同学沿方向加速奔跑，会感觉听到的音调越来越高
D．该同学沿方向加速奔跑，会感觉听到的音调越来越低
14．下列说法正确的是（　　）。
A．发生多普勒效应的原因是波源的频率发生变化
B．物体做受迫振动时，其振动频率等于驱动力的频率
C．弹簧振子做简谐振动时，振子在平衡位置时速度最大
D．任意两列波相遇都会发生稳定的干涉现象
E.质点的振动方向和波的传播方向平行的波称为纵波
15．关于机械振动、机械波，下列说法正确的是（　　）
A．改变单摆的振幅，振动周期会随之改变
B．声音由空气传播到水中，波长会发生变化
C．某些次声波对人体有危害，是由于其频率接近人体内脏振动的固有频率
D．根据多普勒效应，比较接收与发射的超声波频率的变化，可测量心脏血液流速
二、解答题
16．如图是在公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪指向车辆发出超声波脉冲信号，并接收经车辆反射的超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。在某次测速过程中，超声波测速仪对某一汽车共发射两次信号，接收两次信号，数据如下：（测速仪固定不动），已知超声波在空气中传播的速度是340m/s，若汽车是沿直线匀速行驶。
（1）求汽车在反射两个超声波信号之间的时间内前进的距离；
（2）若该路段汽车限速60km/h，则该汽车的行驶速度是否合法？
（3）从测速仪发出的第一个超声波脉冲时作为计时起点，在图中作出超声波的位移—时间图像。
时刻/s 0 0.5 1 1.6
事件 发生第一次 超声波信号 接收第一次 超声波信号 发生第二次 超声波信号 接收第二次 超声波信号
17．如图为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，则观察者在这1 s内接收到多少个完全波？设波速为340 m/s，则要让观察者完全接收不到波，他每秒要运动多少米？
参考答案
1．B
【详解】
A．蝙蝠通过超声波的反射来判断前方是否有障碍物，故A错误；
B．当观察者与波源的距离发生变化时，观察者接收到的波的频率发生改变现象叫多普勒效应，“彩超”利用反射波的频率变化，测出血流的速度，就利用了多普勒效应。故B正确。
C．消声器是利用波的干射来消弱高速气流产生的噪声，故C错误；
D．水塘中的水波能够绕过芦苇等障碍物继续传播，是由于波的衍射造成的，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．由图甲知波长为
λ=8m
由图乙知周期为
T=4s
则波速为
故A错误；
B．甲图中t=0时刻Q处于平衡位置向上运动，位移为零，与振动图象t=0时刻质点的状态相符，则图乙可能是质点Q的振动图象，故B错误；
C．由图可知，质点R在t=6s时的位移为13m，为最大位移，故C正确；
D．波传播的频率
一观察者沿着x轴靠近波源运动，与波相向运动，相对速度变大，发生多普勒效应，其观测到的该波的频率将大于0.25Hz，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．如果两列波的波峰在某点相遇，振动总是加强，但质点的位移有时最大，有时为0，故A错误；
B．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生明显的衍射现象，故B正确；
C．波发生反射是在同一种介质中，波的频率、波长和波速均不变，故C错误；
D．根据多普勒效应可知，当接收者远离波源时，接收者接收到的波的频率比波源频率低，而波源频率不会发生变化，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．高频率超声波的波长短，其衍射本领弱，故A错误；
B．声波的传播速度由介质决定，与声波的频率无关，故空气中超声波传播速度与普通声波传播的速度相等，故B错误；
C．波传播的是振动的形式和能量，介质中各点做的都是受迫振动，其振动频率由波源的频率决定，故当超声波在介质中传播时，介质参与振动的频率等于超声波频率，故C正确；
D．超声波测速利用了多普勒效应，故D错误。
故选C。
5．C
【详解】
根据多普勒效应可知，当物体振动频率不变时，距离声源越远，声音的音调越远，距离声源越近，声音的音调越高，因此当站在火车轨道旁，一列正在鸣笛的高速火车飞驰而过，当火车高速驶来时，距离越来越近，听到的鸣笛声的频率将变大，当高速离去，距离越来越远，听到的鸣笛声的频率将变小，ABD错误，C正确。
故选C。
6．B
【详解】
根据多普勒效应，当声源和观察者相向运动时观察者接收到的频率大于声源的频率，当声源和观察者反向运动时观察者接收到的频率小于声源的频率。将声源运动到ABCD四个点时，相对于观察者的速度方向画出来，可以得到A点有接近观察者的趋势，C点有远离观察者的趋势，声源在BD两点的速度方向，垂直O点与观察者的连线。所以在BD两点，观察者接收到的频率就等于声源的频率，而在A点观察者接收到的频率大于声源的频率，在C点观察者接收到的频率小于声源的频率。
故选B。
7．C
【详解】
A．上下振动的小船是受迫振动，A错误；
B．受迫振动的频率由驱动力的频率决定，与系统的固有频率无关。B错误；
C．医生利用超声波测定病人血管中的血流速度，这是利用了超声波的多普勒效应。C正确；
D．寺庙里的大钟被撞击后我们会感觉到余音不绝，这属于声波的反射。D错误。
故选C。
8．C
【详解】
A．多普勒效应是当波源和观测者相对介质运动时，观测频率与波源频率不同的现象，A正确；
B．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应，B正确；
CD．根据多普勒效应可知，当波源靠近接收者时，接收者接收到的波的频率比波源频率高，波速不变，根据
波长变短，C错误D正确。
故选C。
9．B
【详解】
A．由波动图像，可以直接读出波长和振幅，无法读出振动周期，A错误；
B．无论水平弹簧振子还是竖直弹簧振子，做简谐运动时，小球所受的合外力等于简谐运动的回复力，B正确；
C．由多普勒效应可知，当观察者远离波源运动时，接收到的波的频率小于波源的频率，C错误；
D．只有障碍物或孔的大小小于波长或跟波长相差不多，才能发生明显衍射现象，D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．两列相干波叠加后才会出现稳定的干涉图样。A错误；
B．在干涉图样中，振动加强区域的质点的位移和振动减弱区域质点的位移都在做周期性的运动，所以加强区的位移不一定大于减弱区的位移。B错误；
C．只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多，波才能发生明显衍射现象。C错误；
D．当波源远离接收者时，观察者接收到的波的频率比波源频率低。D正确。
故选D。
11．C
【详解】
由多普勒效应可知：当火车靠近小茗时，小茗同学听到汽笛声的频率变高，当火车远离小茗时，小茗同学听到汽笛声的频率变低，故小茗同学听到汽笛声的频率先高后低，故C正确，ABD错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．不同频率的声波在空气中相遇时也能叠加，只是不能产生干涉，故A错误；
B．高频声波和低频声波相遇时因频率不同，不能发生干涉现象，故B错误；
C．相同条件下，低频声波比高频声波波长较大，更容易发生衍射现象，故C正确；
D．由多普勒效应，当汽车靠近我们时，我们听到的频率会比原频率大,当汽车远离我们时，我们听到的频率会比原频率小，所以马路上我们听到的汽笛声的频率不都是汽笛发出的原有频率，故D错误。
故选C。
13．BD
【详解】
AB．由公式
可知男中音的波长比女高音的波长大，可知男中音更容易发生衍射，故B正确，A错误；
CD．由多普勒效应可知，该同学沿方向加速奔跑，会感觉听到的音调越来越低，故D正确，C错误。
故选BD。
14．BCE
【详解】
A.当波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收到的波的频率发生变化，叫多普勒效应。发生多普勒效应时波源的频率没有变化，所以A错误。
B.作受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率，而与固有频率无关。所以B正确。
C.弹簧振子做简谐振动时，振子在平衡位置时弹性势能最小，动能最大，速度最大，所以C正确。
D.只有频率相等的两列波相遇时才会发生干涉现象，所以D错误。
E.纵波就是质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，也就是相互平行。所以E正确。
故选BCE。
15．BCD
【详解】
A．由单摆周期公式
可知单摆周期只和摆长、重力加速度相关，故改变单摆的振幅，振动周期不变，A错误；
B．声音在不同介质中传播，频率不变，波速和波长会发生变化，故B正确；
C．次声波频率接近人体器官的固有频率，当次声波作用于人体时，人体器官容易发生共振，从而对人体产生危害，C正确；
D．根据血液流动，可得到血液相对于外界测试点的相对速度，从而由多普勒效应得到超声波频率变化，根据频率变化和血液流速的对应关系可反过来应用于测量血液流速，D正确。
故选BCD。
16．（1）17m；（2）合法；（3）
【详解】
（1）由题意可知，零时刻发出第一次超声波，经过0.5s接收到，则汽车距离发射源的距离为
从1s时刻发出的第二次超声波，经过0.6s接收到，则汽车距离发射源的距离为
则汽车在反射两个超声波信号之间的时间内前进的距离为
（2）汽车从第一次接收到信号到第二次接收到信号时间为
则汽车的速度为
因为58.3km/h＜60km/h，所以汽车的行驶速度合法。
（3）从测速仪发出的第一个超声波脉冲时作为计时起点，在图中作出超声波的位移—时间图像如图
17．19个，340m
【详解】
[1]观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，就等于观察者接收到的波的频率。如果观察者不动，则1s内，观察者接收的完全波的个数应为20个，然而当观察者从A运动到B的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只接收到19个完全波。
[2]要想让观察者完全接收不到波，他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源。由s＝vt得
s＝340×1m＝340 m
即观察者每秒要远离波源340m。