2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第一册 3.3 波的反射、折射和衍射 同步练习(word版含答案)

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名称 2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第一册 3.3 波的反射、折射和衍射 同步练习(word版含答案)
格式 docx
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-02-20 08:40:37

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文档简介

3.3 波的反射、折射和衍射
一、单选题
1.在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子振动的频率是5 Hz,水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s,为观察到显著的衍射现象,小孔直径d应为(  )
A.10 cm B.5 m
C.d≥1 cm D.d≤1 cm
2.一列简谐波沿x铀正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,介质中质点A的平衡位置在距坐标原点8cm处,质点B的平衡位置在距坐标原点18cm处。t=0.04s质点A第一次回到平衡位置,则(  )
A.该简谐波的频率为25Hz
B.从图示时刻起,质点A比质点B先回到平衡位置
C.该波传播过程中遇到宽度为5m的障碍物能发生明显的衍射现象
D.介质中平衡位置在处质点的振动方程为
3.下列现象中属于声波的衍射现象的有(  )
A.隔着墙壁听到别人说话声 B.雨天雷声轰鸣
C.山谷中听到回声 D.在室外演讲更费力
4.关于波的折射现象,下列说法正确的是(  )
A.一切波都能发生折射现象
B.发生折射时,波的传播方向一定会发生改变
C.不是所有的波都能发生折射
D.波发生折射时,波长、频率和波速都会发生变化
5.声波能绕过某一建筑物而传播,这是因为声波( )
A.是纵波 B.是机械波 C.发生了衍射现象 D.穿透力强
6.声波能绕过建筑物传播而光波却不能,是因为(  )
A.声波是纵波,光波是横波 B.声波振幅大,光波振幅小
C.声波波长较长,光波波长较短 D.声波波速较小,光波波速较大
二、多选题
7.下列说法中正确的是(  )
A.衍射是一切波特有的现象
B.障碍物或孔越大越易产生衍射
C.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声波的衍射现象
D.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声音的反射现象
8.如图所示是观察水面波衍射的实验装置.和是两块挡板,是一个孔,是波源图.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)之间的距离表示一个波长,则关于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是( )
A.能明显观察到波的衍射现象
B.挡板前后波纹间距离相等
C.如果将孔扩大,可以观察到更明显的衍射现象
D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能观察到更明显的衍射现象
9.一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示。介质中质点A的平衡位置在距坐标原点8cm处,质点B的平衡位置在距坐标原点16cm处。从该图象对应时刻算起,质点A的速度与质点B的速度相同,所需的最短时间为0.02s。则
A.该简谐横波的频率为5Hz
B.从图示时刻起,质点A比质点B先回到平衡位置
C.介质中平衡位置x=10cm处质点的振动方程为y=10sin(10πt+π)cm
D.该波传播中遇到宽度为20cm障碍物能发生明显的衍射现象
10.关于波的衍射,下列说法中正确的是(  )
A.衍射是一切波的特性
B.波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越不明显
C.发生波的衍射时必须有两个波源
D.波的衍射也是由于波的叠加产生的
11.将一根较长的弹性细绳沿x轴放置,左端记为坐标原点,将绳子拉平后,手握左端,以固定的频率和振幅上下抖动(简谐运动),如图1所示。从抖动开始计时,在t=0.3s时的波形如图2所示,下列说法正确的是(  )
A.手抖动绳的频率为2.5Hz
B.在t=0.75s时,A点的速度方向向上
C.在0~0.3s的时间内,质点B经过的路程为6cm
D.该列波遇到宽度为6m的障碍物时能发生明显衍射
三、填空题
12.图(a)是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图,测速仪发出并接收超声波脉冲信号,根据发出和接收信号间的时间差,测出被测汽车的速度.图(b)中、是测速仪发出的超声波信号,、分别是、由汽车反射回来的信号.设测速仪固定不动,测速仪发出信号、的时间间隔,超声波在空气中的传播速度.若汽车是匀速行驶的,则根据图(b)可知,汽车在接收到、两个信号的时间间隔内前进的距离是________m,汽车的速度是________m/s(结果保留3位有效数字).
13.某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m。
(1)该波的频率为___________Hz,在海水中的波速为___________m/s。
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则海水深为多少___________?
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间听到回声___________?
14.如图所示为放大的水波照片,两图比例不同,但水波波长相同,则实际孔的尺寸较大的是_____图,而_____图中有明显的衍射现象。
四、解答题
15.渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位.已知某超声波频率为1.0×105Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示.
(1)从该时刻开始计时,画出x=7.5×10-3 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期).
(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s,求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动).
16.如图所示,相邻实线间的距离等于一个波长,试大致画出波通过孔A和B以及遇到障碍物C和D之后的传播情况。
17.已知声波的速度为,有一辆汽车以的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛后司机听到回声,则汽车鸣笛时距山崖的距离有多远?若该汽车以的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛时并同时以的加速度加速,后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离有多远?
18.甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼,两船相距24m,有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动10次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有一个波峰,则此水波的波速为多少?若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆,是否会发生明显的衍射现象?
19.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼,两船相距24m。有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动20次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,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电线杆,是否会发生明显的衍射现象?
(3)若该波经过一跨度为30m的桥洞,桥墩直径为3m,桥墩处能否看到明显衍射?
(4)若该桥为一3m宽的涵洞,洞后能否发生明显衍射?
参考答案:
1.D
【解析】
【详解】
设水波波长为λ,当d≤λ时会发生明显的衍射,由题意知水波的波长
即孔直径d≤1 cm。
故选D。
2.D
【解析】
【详解】
A.根据质点振动方向与波的传播方向关系可知t=0时平衡位置在x=0处的质点正经过平衡位置沿y轴正方向运动,由题意可知t=0.04s时,质点A具有与t=0时x=0处质点相同的运动状态,即波从x=0传播到x=8cm所用时间为0.04s,故波速为
该简谐波的波长为λ=20cm,所以频率为
故A错误;
B.从图示时刻起,质点A回到平衡位置所用的时间为波从x=0传播到x=8cm所用的时间,而质点B回到平衡位置所用的时间为波从x=10cm传播到x=18cm所用的时间,故质点A和质点B同时回到平衡位置,故B错误;
C.只有障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能发生明显的衍射现象,由于5m大于20cm,故C错误;
D. t=0时介质中平衡位置在x=10cm处质点由平衡位置向y轴负方向运动,初相位为π,振动的角频率为
所以振动方程为
故D正确。
故选D。
3.A
【解析】
【详解】
A.隔着墙壁听到别人说话声,这是因为声波绕过墙壁,即发生了衍射,A属于;
B.夏日里在一次闪电过后,雷声轰鸣不绝,这是声波的多次反射造成的,B不属于;
C.山谷中听到回声是声波的反射造成的,C不属于;
D.在室内说话,说话的声音传到墙壁上又反射回来,时间差太短,我们不能分辨出回声与原声,我们听到的是回声与原声的混合,因此我们听到的响亮,在空旷的场合我们说话,声音传播出去,周围没有高大的建筑物,声音不能反射回来,我们听到的只是原声,因此听起来就没有室内响亮,所以在室外演讲更费力,这不属于波的衍射,D不属于。
故选A。
4.A
【解析】
【详解】
AC.当波从一种介质传播到另一种介质时,一切波都能发生折射,故A正确,C错误;
B.波的传播方向跟两种介质界面垂直时,传播方向不变,故B错误;
D.波从一种介质传播进入另一种介质时,频率不变,波速发生变化,而波长
则波长随着波速变化而变化,故D错误。
故选A。
5.C
【解析】
【详解】
声波能绕过某一建筑物传播,声音发生了衍射,说明声波波长较长.声波虽是纵波,但绕过阻碍物的现象不能说明声波是纵波.
A.是纵波,与结论不相符,选项A错误;
B.是机械波 ,与结论不相符,选项B错误;
C.发生了衍射现象 ,与结论相符,选项C正确;
D.穿透力强,与结论不相符,选项D错误;
故选C
点睛:波能绕过阻碍物的现象,这是波的衍射现象.
6.C
【解析】
【详解】
波发生明显的衍射现象的条件是孔缝的宽度或障碍物尺寸与波长相比差不多或比波长更短.由于声波的波长比较大(1.7cm~17m),和楼房的宽度相近,故可以发生明显的衍射现象,而可见光的波长很小,无法发生明显的衍射现象。
故选C。
7.AD
【解析】
【详解】
A.衍射是一切波特有的现象,A正确;
B.障碍物或孔越小,越易产生明显衍射现象,B错误;
CD.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声音的反射现象,C错误D正确。
故选AD。
8.AB
【解析】
【详解】
A.观察题图可知孔的尺寸与波长差不多,所以能明显观察到波的衍射现象,故A正确;
B.因衍射后波的传播速度不变,频率不变,故波长不变,即挡板前后波纹间距离应相等,故B正确;
C.若频率增大,由波长
可知变小,衍射现象变得不明显了,故D错误;
D.若将孔扩大,且孔的尺寸大于波长,则可能观察不到衍射现象,故C错误。
故选AB。
9.ACD
【解析】
【详解】
A.在最短时间内,使A点与B点的速度相同,波沿x轴正方向传播,则应该平衡位置为6cm的质点的振动形式传播到A点,平衡位置为14cm的质点的振动形式传播到B点,即传播距离为2cm,则波速
分析波形图可知,λ=20cm=0.2m,则频率
故A正确;
B.图示时刻,质点A向波谷振动,质点B向波峰振动,平衡位置的振动形式传播到A点,距离为8cm,传播到B点,距离为6cm,故质点B先回到平衡位置,故B错误;
C.由波形图可知,波的振幅为10cm,圆频率
10cm处的点的相位为10πt+π;故其振动方程为:y=10sin(10πt+π)cm,故C正确;
D.波的波长为20cm,与障碍物尺寸相当,能发生明显的衍射现象;故D正确;
故选ACD。
10.AD
【解析】
【详解】
A.干涉和衍射现象是波所特有的现象,A正确;
B.波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越明显,B错误;
C.发生波的干涉时必须有两个波源,C错误;
D.由于狭缝或小孔有一定的宽度或大小,波通过后出现明暗相间的条纹就是波叠加的结果,因此波的衍射也是由于波的叠加产生的,D正确。
故选AD。
11.ABC
【解析】
【详解】
A.在0.3s时,波形传播0.75m,故波速为
波长λ=1m,故周期
故手抖动绳的频率为
A正确;
B.根据波形微平移法可知,A点此时速度方向向上
故A点的速度方向在0.75s时与再过时刻速度方向相同,因此速度方向也向上,B正确;
C.在0~0.3s,B点从0.2s开始向下运动到最低点,故路程等于一倍的振幅,为6cm,C正确;
D.该列波遇到宽度为6m的障碍物时可以发生衍射,由于波长
不会发生明显衍射,D错误。
故选ABC。
12. 17 17.9
【解析】
【详解】
题图(b)中每小格代表的时间隔:
s
从发出超声波信号到接收到反射信号的时间同隔为:
s
信号接触到汽车时汽车离测速仪的距离为为:
m
从发出超声波信号到接收到反射信号的时间间隔为:
s
信号接触到汽车时汽车离测速仪的距离为:
m
汽车在接收到、两个信号之间的时间内前进的距离为:
m
测速仪发出的超声波信号接触到汽车与测速仪发出的超声波信号接触到汽车的时间间隔:
s
这段时间即汽车前进17 m所用的时间,所以汽车的速度为:
m/s.
13. 340 1530 382.5 m 0.498 s
【解析】
【详解】
(1)波的频率为
因波的频率不变,则在海水中的波速为
v海=λf=1530m/s
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则海水深为
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则听到回声的时间
14. 乙 甲
【解析】
【详解】
波发生明显的衍射现象的条件是:当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小。从图可知甲发生了明显的衍射现象,而乙是波直线传播,这说明在甲图中波长大于缝的宽度,而在乙图中波长小于缝的宽度,故乙图中孔的尺寸较大。
15.(1) ; (2) 3000m
【解析】
【详解】
(1)该波的周期为
T==1×10-5s
由波动图像知,此时
x=7.5×10-3 m
处的质点位于负的最大位移处,所以,从该时刻开始计时,该质点的振动图像如图所示
(2)由波形图读出波长
λ=15×10-3 m
由波速公式得
v=λf
鱼群与渔船的距离为
x=vt
联立代入数据得
x=3000m
16.
【解析】
【详解】
由题图可知,孔A和障碍物D跟波长相差不多,因此,从孔A传出的波和遇障碍物D之后的波均有明显的衍射现象;孔B和障碍物C跟波长相比相差较大,因此,从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波无明显的衍射现象。在画通过孔A的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔A为圆心的;遇障碍物D之后波的传播并没有受影响;而从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波只沿直线传播。所以从孔A、B传出的波和遇障碍物C、D之后的波如图所示。
17.;
【解析】
【详解】
画出汽车与声音运动过程示意图如图所示,
设汽车在点鸣笛,在点听到回声,汽车由 到的位移为,到山崖的距离为,汽车从鸣笛到司机听到回声的时间为,有.
根据汽车运动的时间与声波运动的时间相等.则
解得:,
即汽车鸣笛时距山崖的距离为

同理:
解得:,
即此时汽车距山崖的距离为
18.m/s,会发生
【解析】
【详解】
由题意可知
设此波的波长为,则有

所以
由于
大于竖立电线杆的尺寸,所以当波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。
19.(1)m; m/s;(2)会;(3)能;(4)能
【解析】
【详解】
(1)由题意知,周期
T=s=3s
设波长为λ,则
5λ+=24m

λ==m
由得
v=m/s=m/s
(2)由于λ=m,大于竖立电线杆的直径,所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象;
(3)(4)由于λ=m>3m,所以此波无论是通过直径为3m的桥墩,还是通过宽为3m的涵洞,都能发生明显的衍射现象。