2015年高考物理一轮精品小专题复习系列之课时提升作业(二十一)第七章第3讲波的干涉和衍射多普勒效应

-1-课时提升作业(二十一)(40分钟100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分)1.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以v表示声源的速度,v′表示声波的速度(vv′),f表示接收器接收到的频率。若v增大,则()A.f增大,v′增大B.f增大,v′不变C.f不变,v′增大D.f减小,v′不变2.下列说法中正确的是()A.若声波波源向观察者靠近,则观察者接收到的声波频率减小B.声波击碎玻璃杯的实验原理是共振C.超声波在水中传播的距离要比光波远得多D.“只闻其声不见其人”是声波的干涉现象3.下列说法中,正确的是()A.孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象B.孔的尺寸比波长小才发生衍射现象C.只有孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象D.只有波才有衍射现象4.在同一地点有两个静止的声源,发出声波1和声波2在同一空间的空气中沿同一方向传播,如图所示为某时刻这两列波的图像,则下列说法中正确的是()A.声波1的速度比声波2的速度大B.相对于同一障碍物,声波1比声波2更容易发生衍射现象C.这两列波传播的方向上,不会产生稳定的干涉现象D.这两列波传播方向上运动的观察者,听到这两列波的频率可以相同-2-5.如图所示,O是水面上一波源。实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔。不考虑波的反射因素,则再经过一段时间后,水面上的波形将分布于()A.整个区域B.阴影Ⅰ以外区域C.阴影Ⅱ以外区域D.上述答案均不对6.如图所示,在一条直线上两个振源A、B相距6m,振动频率相等。t0=0时刻A、B开始振动,且都只振动一个周期,振幅相等,A的振动图像为甲,B的振动图像为乙。若A向右传播的波与B向左传播的波在t1=0.3s时相遇,则()A.t2=0.7s时刻B点经过平衡位置且振动方向向下B.两列波在A、B间的传播速度大小均为20m/sC.两列波的波长都是4mD.在两列波相遇过程中,中点C为振动加强点7.如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的振源,在AB连线的中垂线上有a、b、c三个点,已知某时刻,a点是两列波的波峰的相遇点,c点是与a点相邻的两列波的波谷相遇点,b为a、c的中点,则以下说法正确的是()A.a点是振动加强点,c点是振动减弱点B.a点与c点都是振动加强点,b点是振动减弱点C.a点与c点此时刻是振动加强点,经过一段时间后变成振动减弱点,而b点可能变成振动加强点D.a、b、c都是振动加强点8.(2013·桂林模拟)如图所示为两列相干水波的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,两列波的振幅均为5cm,且图示范围内振幅不变,波速和波长分别为1m/s和1m,则下列说法正确的是()A.C、D点是振动加强点-3-B.C、D点是振动减弱点C.A、B两点的竖直高度差为10cmD.A、B两点的竖直高度差为20cm9.一列简谐横波在t=0时刻的波形图线如图所示,已知质点P在t=0.1s时第一次回到平衡位置,且质点P比质点Q先回到平衡位置,则下列判断中正确的有()A.波沿x轴正方向传播,波速为7.5m/sB.波沿x轴正方向传播,波速为5m/sC.该波和另一列相向传播的频率为Hz的简谐波相遇时,可以发生干涉现象D.图中质点P与距原点位置为x=60.5m的质点的位移大小总相等,方向总相反10.一条弹性绳子处于水平状态,M为绳子中点,两端P、Q同时开始上下振动,一小段时间后产生的波形如图,机械波的传播速度由介质决定,对于其后绳上各点的振动情况,以下判断正确的是()A.波源P的起振方向是向上的B.波源Q产生的波将先到达中点MC.中点M的振动始终是加强的D.M点的位移大小在某时刻可能为零二、计算题(本大题共2小题,共30分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11.(12分)如图所示,实线和虚线表示振幅、周期相同,沿同一条直线向相反方向传播的两列正弦波刚相遇的情形,分析相遇后时刻,各质点a、b、c、d、e的位移大小和速度方向的情况,并说明哪些点是振动加强的,哪些点是振动减弱的?-4-12.(能力挑战题)(18分)如图所示,S1、S2为水面上相距2m的两个波源,振动频率均为f=5Hz,并且相位总是相同,水波的速度v=2m/s,S1、S2的连线与河岸MN平行。问靠近MN的水面上共有几个振动加强的点?答案解析1.【解析】选B。当声源与观察者的相对位置发生变化时,观察者接收到的频率发生改变的现象叫做多普勒效应。当声源的速度增大时接收器接收到的频率变大,声波的速度由介质决定,其速度不会发生变化。2.【解析】选B、C。由多普勒效应可知,若声波波源向着观察者运动,则接收到的声波频率增大,A错;声波击碎玻璃杯是声波频率与玻璃杯的固有频率相同,玻璃杯发生共振导致破碎,B正确;由于水对光波吸收比对声波吸收多,所以超声波在水中传播的距离比光波要远得多,C正确;“只闻其声不见其人”是声波的衍射现象,D错。3.【解析】选C、D。波绕过障碍物的现象称为波的衍射现象,发生明显衍射的条件是孔或障碍物尺寸跟波长差不多或比波长更小。孔径大并不是不衍射,只是衍射现象不明显,所以A、B错误,C正确;衍射现象是波特有的现象,所以D正确。4.【解析】选B、C。不同频率的声波在同种介质中传播速率相同,A错;由于声波1的波长长,相对同一障碍物,声波1比声波2更容易发生衍射现象,B正确;由f=,可知声波1的频率小,所以在这两列波的传播方向上,不会产生稳定的干涉现象,C对,D错。5.【解析】选B。由图中看出A比波长大很多,故衍射现象不明显。Ⅰ区没有水波;B孔与波长差不多,衍射现象明显,故Ⅱ区、Ⅲ区都有水波。图中空白区域水波可直接传到,故B正确。6.【解析】选A。两波周期均为0.2s,波速为v=m/s=10m/s,则两波波长为λ=vT=2m,A点的振动信息传到B点需时间Δt=s=0.6s,在t2=0.7s时刻B已经振动了T/2刚好回到平衡位置正向下振动,故B、C错,A正确。虽然C点到两个波源的距离相等,但由于两波源振动情况相反,故C点为振动减弱点,D错。7.【解析】选D。在AB的垂直平分线上的所有点到A、B的路程差都等于零,因此都是振动加强点,故A、B、C均错,D对。-5-8.【解析】选B、D。图示时刻,C、D两点是波峰和波谷的相遇点,是振动的减弱点,A错B对。A、B两点分别是波峰与波峰的交点和波谷与波谷的交点,是振动的加强点,它们的振幅均为10cm,故A、B两质点的竖直高度差为20cm,C错D对。【变式备选】如图所示,在双曲线-=1的两个焦点F1和F2上放置两个频率相同的波源,它们激起的波的波长为4cm。就图中A、B、C、D四个质点的振动情况,下面说法中正确的是()A.若A、B振动加强,则C、D振动一定减弱B.若A、B振动加强,则C、D振动一定加强C.A、B、C、D振动一定加强D.A、B、C、D振动一定减弱【解析】选B。根据双曲线的性质可知,F1和F2这两个频率相同的波源到A、B两点间的路程差为8cm,是波长的整数倍,而F1和F2到C、D两点间的路程差为0,所以A、B、C、D四点干涉情况相同,要么都是振动加强点,要么都是振动减弱点,正确选项为B。9.【解题指南】解答此题可按下列步骤思考:(1)P比Q先回到平衡位置说明P离波源近。(2)x=3处质点振动形式传到P时由公式v=求波速。(3)由波速、波长求该波频率,由干涉条件判定干涉情况。【解析】选B、C、D。由于质点P比质点Q先回到平衡位置,即这列波向+x方向传播,建立波方程y=20sinx,并由P的纵坐标为-10cm,得P的平衡位置坐标x=3.5cm,则波速v=m/s=5m/s,f==Hz,故A错,B、C正确;x=60.5m的质点到P点的距离为(60.5-3.5)m=57m=9λ,即这两点总是相反,故D正确。10.【解析】选A、D。根据波形图可确定P的起振方向是向上的,故A正确;波速只与介质有关,与波长无关,波源P、Q产生的波同时到达M,故B错误;P、Q产生的波频率不同,不能发生干涉现象,M的振动情况不确定,故C错误;M点的振动情况是P、Q产生的波的叠加,故某时刻位移可能为零,故D正确。【总结提升】波的叠加的种类及解决方法1.种类-6-(1)两列波叠加后,求某时刻的波形。(2)两列波叠加后,求某时刻某质点的振动状态。2.解决方法(1)解答这种问题时,一般先画出两列波叠加时各自的波形,然后根据两列波叠加时的位移关系,确定合振动的位移,从而确定波形或质点的其他振动参量。(2)若频率相同振动步调一致的两列波发生干涉时:①凡到两波源的路程差为波长的整数倍时,质点振动加强;②凡到两波源的路程差为半个波长的奇数倍时,质点振动减弱。11.【解析】根据波的独立传播原理,相遇后时刻,两列波应按如图所示叠加,又由波的叠加原理,叠加区域内a、b、c、d、e各质点的位移都是零,但速度各不相同,其中a、c、e三质点速度最大,方向如图所示,而b、d两质点速度为零。这说明在叠加区域内,a、c、e三质点的振动是加强的,b、d两质点的振动是减弱的。答案：见解析12.【解析】由波速公式v=λf得,水波波长λ==0.4m。(3分)作S1、S2连线的垂直平分线,交MN于P0点,如图,因路程差Δs=P0S1-P0S2=0,故P0为振动加强点,(3分)在P0的右侧任一点P,路程差Δs=PS1-PS2,(3分)因PS1-PS2S1S2,故0Δs2m=5λ,(3分)满足Δs=nλ的点为振动加强点,故n=1、2、3、4,(3分)即P0点右侧有4个振动加强点。由对称性知P0点左侧也有4个振动加强点,故靠近MN的水面上共有9个振动加强的点。(3分)答案：9个