鲁科版 (2019)选择性必修一 3.4 多普勒效应及其应用
一、单选题
1.在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速,已知时,波刚好传播到m处,如图所示,在m处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是( )
A.波源开始振动时的方向沿y轴正方向
B.接收器在s时才能接收到此波
C.从开始经0.25s,m的质点运动的路程为1m
D.若波源沿x轴正方向运动,接收器接收到波的频率可能为8Hz
2.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
3.下列说法正确的是( )
A.因衍射是波特有的特征,所以波遇到障碍物时一定能发生明显衍射现象
B.物体做受迫振动时,驱动力频率越高,受迫振动的物体振幅越大
C.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速应用了多普勒效应
D.某一频率的声波,从空气进入水中时,波长和频率均增大
4.根据多普勒效应,我们知道当波源与观察者相互接近时,观察者接收到波的频率增大;反之,观察者接收到波的频率减小。天文观测到某遥远星系所生成的光谱呈现“红移”,即谱线都向红色部分移动了一段距离,由此现象可知( )
A.观察者接收到光波的波长增大,该星系正在靠近观察者
B.观察者接收到光波的波长减小,该星系正在靠近观察者
C.观察者接收到光波的波长增大,该星系正在远离观察者
D.观察者接收到光波的波长减小,该星系正在远离观察者
5.下列四种声现象,哪一种属于声波的干涉( )
A.火车驶来,车站边的乘客感觉声音变尖
B.隔着院墙与人谈话,虽然不见其人,却能闻其声
C.环绕正在发声的音叉走一周,会觉得声音有强弱的变化
D.把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声
6.关于机械振动和机械波的描述,下列说法错误的是( )
A.波长不同的机械波通过宽度一定的狭缝时,波长越小衍射越明显
B.当机械波发生反射时,其频率、波长、波速均不发生变化
C.系统做稳定的受迫振动时,系统振动的频率等于周期性驱动力频率
D.测速雷达向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波的频率变化的多少就能得到车辆的速度,这利用的是多普勒效应
7.下面哪项物理知识的应用没有用到多普勒效应的知识( )
A.铁路工人用耳朵贴在铁轨上可判断附近有没有火车行驶
B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的波,波被运动的汽车反射回来,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理
C.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度
D.有经验的战士从炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去
8.关于振动和波,下列说法中正确的是( )
A.声波击碎玻璃杯的实验原理是声波的干涉
B.波只有遇到很小的障碍物才会发生衍射现象
C.鸣笛火车进站时,静止于站台上的旅客接收到该列火车笛声的频率比火车鸣笛频率低
D.挑水时为了防止水从桶中荡出,可以加快或减慢走路的步频
9.某飞手在操场中央操控无人机进行飞行表演,观众坐在看台观看。如图所示正在进行的是“刷锅”表演,无人机携带一个发声的蜂鸣器围绕飞手正上方的O点在水平面内做匀速圆周运动,则( )
A.飞手听到声音的音调变高
B.飞手听到声音的音调平稳不变
C.观众听到声音的音调平稳不变
D.飞手与观众听到声音的音调始终相同
10.根据多普勒效应,下列说法中正确的有( )
A.医生检查身体用的“B超”是根据超声波的多普勒效应制成的
B.一位有经验的战士听到飞行的炮弹尖叫声越来越尖锐,可以判断炮弹正向他远离
C.根据光波的多普勒效应,由地球接收到遥远天体发出的光波的频率越来越小,可以判断此天体正远离地球
D.当波源和观察者间有相对运动时,观察者接收到的频率一定和波源发出的频率不同
11.下列说法错误的是( )
A.弹簧振子运动半个周期的路程一定等于两倍振幅
B.通过超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度,是利用了波的干涉
C.将摆钟从成都龙泉山的山脚移动到山峰,摆钟的周期将变大
D.“闻其声不见其人”是波的衍射现象
12.下列说法正确的是( )
A.“闻其声而不见其人”是一种司空见惯的现象,这体现了声波的衍射
B.在地球上测量出星球上某些元素发出的光波频率,若其小于地球上这些元素静止时的发光频率,则利用多普勒效应可以推知该星球在靠近地球
C.空气中产生的声波是纵波,纵波中的质点振动方向与波的传播方向相同
D.单摆的周期与振幅无关,所以无论静止释放摆球时的摆角为多少,周期不变
13.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
14.下列关于机械波的说法中,正确的是( )
A.发生干涉现象时,介质中振动加强点,振动的振幅最大,减弱点振幅可能为零
B.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
C.在一个周期内,介质的质点所通过的路程等于振幅
D.某一频率的声波,从空气进入水中时,波长和频率均增大
15.下列选项与多普勒效应有关的是( )
A.科学家用激光测量月球与地球间的距离
B.教室内部的声音可以在教室外面听到
C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度
二、填空题
16.如图甲、乙、丙分别反映了飞机以三种速度在空中(不考虑空气的流动)水平飞行时,产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况,A表示飞机的位置。请你利用给出的图,确定飞机飞行速度最大的是_____(选填“甲”“乙”或“丙”)。若观察者在飞机的右下方,观察到什么不同现象_____。
17.车以80km/h速度行驶,从对面开来超高速列车,向背后奔驶而去.此间超高速车所发出的汽笛声开始若听取“哆”音,后来听到的则是降低的“咪”音(假定“哆”音和“咪”音的频率之比为.设声速为1200km/h,则超高速列车的时速是________km/h.
18.男生的声带一般宽而厚,振动频率________(选填“高”或“低”),所以声音低沉;女生的声带一般窄而薄,振动频率________(选填“高”或“低”),所以声音尖细;说话的嗓门有大有小,这是声音的________不同。
19.如图所示,一名观察者站在桥上观察一列复兴号高铁列车鸣笛通过桥梁向远处驶去。已知复兴号高铁列车通过桥梁所在路段时的速度为280km/h,列车发声器发出的笛声频率为500Hz,声音在空气中传播的速度为340m/s,则列车发声器发出的笛声的波长为___________m,在列车远去时站在桥上的观察者听到笛声的波长___________(填“大于”“等于”或“小于”)上述计算值。
三、解答题
20.蝙蝠是通过声波的反射来判断前方是否有障碍物的。科学家在蝙蝠飞行的空间里横跨了很多系有铜铃的绳索,蝙蝠黑暗中在此空间飞行时不会碰撞这些绳索而导致铜铃发声。据此,你认为蝙蝠发出的声波频率应该具有怎样的特征?尽可能用数量级来描述你的估算。
21.某雷达站正在跟踪一架飞机,此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来.某一时刻雷达发射出一个雷达波脉冲,经过2×10-4s后收到反射波;再隔0.8s后再发出一个脉冲波,经过1.98×10-4s收到反射波,问;
(1)雷达波是超声波还是电磁波?波速为多少?
(2)若雷达波的频率为1.5×1010Hz,此波的波长为多少?
(3)飞机的飞行速度为多少?
22.警车鸣笛从你身边飞速驶过,对于警车向你靠近和警车远离的过程,你会听到警笛的声音在变化,思考下列问题:
(1)你听到警笛的音调有何不同?
(2)实际上警笛的音调会变化吗?
(3)听到音调发生变化的原因是什么?
23. [物理——选修3-3](15分)
(1)(5分)下列说法正确的是________(填正确答案标号,选对一个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错一个扣3分,最低得分为0分)。
A.温度、压力、电磁作用可以改变液晶的光学性质
B.只要对内燃机不断改进,就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C.布朗运动是液体分子对悬浮固体颗粒的碰撞作用不平衡造成的
D.叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
E.外界对气体做正功,气体的内能一定增加
(2)(10分)如图所示,在一圆形管道内封闭有理想气体,用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的M、N两部分。温度都为T0=300 K,上部气体M压强为p0=1.0×105 Pa,活塞A产生的压强有(S为活塞横截面积)。现保持下部分气体N温度不变,只对上部分气体M缓慢加热,当活塞A移动到最低点B时(不计摩擦),求:
(i)上部分气体的温度;
(ii)保持上下部分M、N气体温度不变,释放一部分M气体,稳定后活塞A又回到了原来的位置,则释放气体质量与M气体原有质量之比。
[物理——选修3–4](15分)
(1)(5分)下列说法正确的是________。(填正确答案标号,选对1个给2分,选对2个得4分,选对3个得5分,每选错1个扣3分,最低得分0分)
A.单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长无关
B.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
C.偏振光可以是横波,也可以是纵波
D.做简谐运动的质点,先后经过同一位置时,速度可能不同
E.肥皂泡在阳光下色彩缤纷是光的干涉现象
(2)(10分)一半圆柱形透明物体横截面如图所示,直径AOB镀银,O表示半圆截面的圆心,并建立图示坐标系。一束平行x轴(直径AOB)的激光在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点垂直x轴(直径AOB)向上射出。已知,圆柱形半径。求:(sin15°=,计算结果可带根号)
(i)透明物体的折射率;
(ii)激光射出点N点的坐标。
24.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
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.C
【详解】
A.波沿x轴正方向传播,波前振动方向沿y轴负方向,所以波源开始振动时的方向沿y轴负方向,A错误;
B.接收器接收到此波的时间为
C.波的周期为
质点运动的路程为
C正确;
D.波的频率为
若波源沿x轴正方向运动,根据多普勒效应,接收器接收到波的频率一定大于10Hz,D错误。
故选C。
2.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。
3.C
【详解】
A.一切波在任何条件下都能发生衍射现象,但只有障碍物的尺寸与波长相差不多,或比波长小时,衍射现象才明显,故A错误;
B.物体做受迫振动的频率等于驱动力的频率,当系统的固有频率等于驱动力的频率时,振幅达最大,这种现象称为共振,故B错误;
C.医生利用超声波探测出反射波的频率变化来确定血流的速度,显然是运用了多普勒效应原理,故C正确;
D.某一频率的声波,从空气进入水中时,波长增大,频率不变,故D错误。
故选C。
4.C
【详解】
科学家们发现了红移现象,即光谱线都向红色部分移动了一段距离,即接受到的光的波长增大,频率减小,根据多普勒效应的理论可知这些星球都在远离地球,即宇宙在膨胀。
故选C。
5.C
【详解】
A.属于多普勒现象,故A错误;
B.属于声波的衍射,故B错误;
C.属于声波的干涉,故C正确;
D.属于声波的直线传播,声波在金属中传播的速度比在空气中传播的快。故D错误。
故 选C。
6.A
【详解】
A.当障碍物和波长的尺寸差不多或比波长小得多的情况下,能发生明显的衍射现象,因此波长不同的机械波通过宽度一定的狭缝时,波长越长衍射越明显,A错误;
B.当机械波发生反射时,其频率、波长、波速均不发生变化,B正确;
C.受迫振动时,振动的频率等于驱动力的频率,与固有频率无关,C正确;
D.利用多普勒效应可以通过测速雷达,根据反射波频率的变化测量车速,D正确;
故错误的选A。
7.A
多普勒效应是指波源或观察者发生移动,而使两者间的距离发生变化,使观察者收到的频率发生了变化。
【详解】
A. 铁路工人用耳朵贴在铁轨上可判断附近有没有火车行驶,,是因为声音在固体中传播的比空气中快,与多普勒效应无关,故A符合题意;
B.交通警察对行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波,波被运动的汽车反射回来,根据接收到的频率发生变化,来知道汽车的速度,以便于进行交通管理,利用了多普勒效应;故B不符合题意;
C.利用地球上接收到遥远天体发出的原子光谱线的移动来判断遥远天体相对地球运动的速度,利用了多普勒效应,故C不符合题意;
D. 有经验的战士从炮弹飞行的尖啸声来判断飞行炮弹是接近还是远去,频率变高表示靠近,频率降低表示远,利用了多普勒效应,故D不符合题意;
故选A。
8.D
【详解】
A.当声波的频率等于玻璃杯的固有频率时玻璃杯震荡最剧烈,最容易被击碎,即声波击碎玻璃杯的实验原理是共振,选项A错误;
B.一切波都会发生衍射现象,但只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象,选项B错误;
C.根据多普勒效应可知,当波源和观察者间距变小,观察者接收到的频率一定比波源频率高,所以鸣笛火车进站时,静止于站台上的旅客接收到该列火车笛声的频率比火车鸣笛频率高,选项C错误;
D.挑水的人由于行走,使扁担和水桶上下振动,当人迈步的频率等于扁担与水桶振动的固有频率时,发生共振,结果水桶中的水溢出,因此挑水时为了防止从水桶中荡出,可以加快或减慢走路的步频,选项D正确。
故选D。
9.B
【详解】
根据多普勒效应,无人机携带的蜂鸣器与飞手的距离保持不变,故飞手接收的频率与蜂鸣器发出的频率相同,所以飞手听到声音的音调平稳不变。但是观众与无人机携带的蜂鸣器距离会不断变化,当蜂鸣器与观众距离变远时,观众接收的频率变小,当蜂鸣器与观众距离变近时,观众接收的频率变大。故ACD错误,B正确。
故选B。
10.C
【详解】
A.医生检查身体用的“B超”没有用到多普勒效应,而彩超用了多普勒效应,故A错误;
B.一位有经验的战士听到飞行的炮弹尖叫声越来越尖锐,可以判断炮弹正向他靠近,故B错误;
C.据光波的多普勒效应,由地球接收到遥远天体发出的光波的频率越来越小,可以判断此天体正远离地球,故C正确;
D.当波源和观察者相互靠近或者远离时,观察者接收到的频率一定和波源发出的频率不同,如果沿着波源做圆周运动,距离不变,频率不变,故D错误。
故选C。
11.B
【详解】
A.弹簧振子在四分之一个周期里运动的路程不一定等于一个振幅,弹簧振子从平衡位置向下运动的过程中,在二分之一个周期里运动的路程等于二倍振幅,故A正确,不符合题意;
B.利用多普勒效应,当间距变化时,接收的频率与发出的频率不相同,则可测量血流速度,故B错误,符合题意;
C.根据单摆周期公式
摆钟移动时,周期将变大,故C正确,不符合题意;
D.隔墙有耳与只听其声不见其人都是波的衍射现象,故D正确,不符合题意。
故选B。
12.A
【详解】
A.“闻其声而不见其人”是一种司空见惯的现象,这体现了声波的衍射,A正确;
B.波源远离时,接收的频率变小,B错误;
C.纵波中的质点振动方向有时与波的传播方向相同,有时则相反,C错误;
D.小角度单摆才可近似为简谐运动,此时周期与摆角无关,然而若摆角很大,就不再是单摆周期,D错误。
故选A。
13.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。
14.A
【详解】
A.发生干涉现象时,介质中振动加强点振幅最大,减弱点振幅最小,若两列波的振幅相等,减弱点的振幅可能为零,故A正确;
B.产生多普勒效应的原因是振源与观察者之间距离变化,使观察者接收的频率发生了变化,但波源频率并不改变,故B错误;
C.质点简谐振动时,一个周期内通过的路程是振幅的4倍,故C错误;
D.波速由介质决定,频率由波源决定,当声波从空气进入水中时,频率不变,波速变大,则波长变大,故D错误;
故选A。
15.D
【详解】
A.科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光速快,A错误;
B.教室内部的声音可以在教室外面听到是因为声波的波长较长,容易发生明显的衍射,B错误;
C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡是利用穿透能力强,C错误;
D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应,D正确。
故选D。
16. 丙 见解析
【详解】
[1]由题图可知,在声波的一个周期内,丙图中的飞机飞行距离最大,故速度最大。
[2]甲图中,观察者接收的波的频率大于波源频率,属于多普勒效应。乙图中,飞机速度等于声速,观察者在一个时刻接收到飞机不同时刻发出的声波,声强很大,破坏性很大,称为声爆。丙图中飞机后发出的声波先被观察者接收到,先发出的声波后到,出现先后颠倒现象。
17.200
多普勒效应中,观察者和发射源的频率关系为:f′=() f;f′为观察到的频率;f为发射源于该介质中的原始发射频率;v为波在该介质中的行进速度;v0为观察者移动速度,若接近发射源则前方运算符号为+号,反之则为-号;vS为发射源移动速度,若接近观察者则前方运算符号为-号,反之则为+号.
【详解】
当超高速列车迎面驶来时,有:f1=()f ①
当超高速列车驶过他身旁后,有:f2=()f ②
又: ③
联立解得:vs=200km/h
18. 低 高 振幅
【详解】
[1]男生的声带一般宽而厚,说明声带振动慢,所以频率低;
[2]女生的声带一般窄而薄,说明声带振动快,所以频率高;
[3]响度是声音的三个特征之一,与声音的振幅有关,振幅越大,响度越大,振幅越小,响度越小,说话的嗓门有大有小是说声音的振幅大小不同。
19. 0.68m 大于
【详解】
[1]由波长、波速和频率的关系式可得
[2] 在列车远去时,观察者听到笛声的波长
因此在列车远去时站在桥上的观察者听到笛声的波长大于笛声的原波长。
20.见解析
【详解】
我们人耳能听见的声音频率范围在到之间,蝙蝠发出的是超声波,频率大于。
21.(1)3×108m/s;(2);(3)
【详解】
(1)雷达波是电磁波(或微波、或无线电波)
波速即等于光速
c = 3×108m/s
(2)由
(3)由
22.(1)警车驶来时,音调变高;警车远离时,音调变低;(2)实际上警笛的音调不会变化;(3)见解析
【详解】
(1)警车驶来时,音调变高;警车远离时,音调变低
(2)实际上警笛的音调不会变化
(3)警车与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增加;二者如果相互远离,观察者接收到的频率减小,因此会感觉警笛音调变化
23.[物理——选修3-3](15分)
(1)ACD(5分) (2)(i) (ii)
[物理——选修3–4](15分)
(1)ADE(5分) (2)(i)(7分) (ii),y=5 cm(3分)
【详解】
[物理——选修3-3](1)从液晶形成的条件可知温度、压力、电磁作用可以改变液晶构造与分布从而影响它的光学性质,选项A正确;由热力学第二定律知热机的效率不可能达到100%,选项B错误;包围悬浮固体颗粒的液体分子的无规则运动,形成对颗粒的无规则碰撞,撞击作用的不平衡,使颗粒受力无规则,进而表现为无规则运动(布朗运动)。选项C正确;液体表面张力作用的收缩现象使液体表面积最小,从而小露珠呈球形(表面积最小),选项D正确;做功和热传递是影响气体内能的两个方面,外界对气体做正功,如果同时放热,气体的内能不一定增加,故E错误。
(2)(i)对下部分气体N,做等温变化,初状态压强为: (1分)
体积为:
末状态:压强为p2,体积为:
根据玻意耳定律有:(1分)
对上部分气体M,当活塞A移动到最低点时,对活塞A受力分析可得出两部分气体的压强
(1分)
初状态:压强为p0,温度为T0,体积为V0
末状态:压强为,温度,体积为
根据理想气体状态方程,有:(2分)
代入数据解得:(1分)
(ii)设上部分气体M,等温变化,压强回到p0时体积为V3,根据玻意耳定律有:
(1分)
代入数据解得:(1分)
对应释放气体的等效体积为:(1分)
释放气体与原气体质量m0之比为: (1分)
[物理——选修3–4](1)受迫振动的周期由周期性外力的频率决定,与单摆的摆长无关,故A正确;产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致接收到的波的频率发生变化,波源频率没有变化,故B错误;偏振光只能是横波,不可能是纵波,故C错误;做简谐运动的质点,先后经过同一位置时,速度的大小一定相同,但是方向不一定相同,故D正确;肥皂泡在阳光下的色彩是薄膜干涉形成的,故E正确。
(2)(i)如图,透明物体内部的光路为折线MPN(P为光线反射点),、点相对于底面AB对称,M、P和三点共线,设在M点处,光的入射角为i=60°,折射角为r,出射光线与法线夹角为,由几何关系得:
(1分)
根据折射定律有: (1分)
代入数据解得: (1分)
连接,即有
即得:,(1分)
于是由几何关系得:,则 (1分)
由上各式联立解得:(1分)
根据折射率公式有
解得:(1分)
(i)由于
N点坐标: (3分)
24.(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
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