2020～2021学年新教材高中物理课时评价11机械波的传播现象多普勒效应【含答案】

机械波的传播现象多普勒效应(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题，每题6分，共36分)1．(多选)关于波的频率，下列说法正确的是()A．波的频率由波源决定，与介质无关B．波的频率与波速无直接关系C．波由一种介质传到另一种介质时，频率要发生变化D．由公式f＝eq\f(v,λ)可知，频率与波速成正比，与波长成反比选A、B。波的频率由波源的频率决定，与波速和介质都无关，波在不同介质中传播时频率保持不变，故A、B正确，C、D错误。【加固训练】室内的人隔着墙能听到室外的谈话声，而看不见谈话的人，这是因为()A．声波速度小，光波速度大B．声波是纵波，光波是横波C．声波波长较长，容易产生衍射现象D．光波频率高，容易产生衍射现象选C。室内的人隔着墙能听到室外的谈话声，而看不见谈话的人，是由于声波波长较长，能够绕过障碍物发生衍射，而光波的波长短，不容易发生衍射，所以有“闻其声不见其人”的现象，与波的种类等无关，故C正确，A、B、D错误。故选C。2.如图所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是()A．λA＞λB，fA＞fB B．λA＜λB，fA＜fBC．λA＞λB，fA＜fB D．λA＜λB，fA＞fB选C。由图知A图衍射现象明显，B图不明显，故A的波长长，B的波长短，而相同的介质中，水波的速度相同，根据v＝λf可知，波长越长，则频率越小，故C正确，A、B、D错误，故选C。3.如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔。若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于()A．整个区域B．阴影Ⅰ以外区域C．阴影Ⅱ以外区域D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域选B。从图中可以看出A挡板比波长大，所以不能发生明显的衍射，而B小孔与波长相差不多，能发生明显的衍射，所以经过足够长的时间后，水面上的波将分布于阴影Ⅰ以外区域，故B正确。4．(广州高二检测)医院有一种先进的检测技术——彩超，就是向病人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可知道血液的流速，这一技术利用了物理学中的下列哪一原理()A．回声 B．波的衍射C．波的干涉 D．多普勒效应选D。由题意可知，该仪器是测量反射波的频率变化。波的干涉、波的衍射及回声都不会产生频率的变化；而多普勒效应中由于波源的移动而使接收到的频率发生变化。故该技术体现的是多普勒效应；故选D。5.(多选)如图所示为两个完全相同的波源在介质中形成的波相叠加而发生的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则以下说法正确的是()A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动仍减弱C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强选B、C。A点是波峰和波峰叠加，为振动加强点，且始终振动加强，故选项A错误；B点是波峰和波谷叠加，为振动减弱点，且始终振动减弱，故选项B正确；C点处于振动加强区，振动始终加强，故选项C正确；D点为波峰与波谷叠加，为振动减弱点，且始终振动减弱，故选项D错误；故选B、C。6．(多选)振源S1和S2在做简谐运动，向四周分别发出振幅为A1、A2的两列横波，形成如图所示的干涉图样，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，N点为波峰与波谷相遇点，M点为波峰与波峰相遇点，下列说法正确的是()A．两个振源S1和S2的振动频率一定相同B．N点为振动减弱点，M点为振动加强点C．从图示时刻经过一个周期，N点通过的路程一定为0D．从图示时刻经过半个周期，M点通过的路程为A1＋A2选A、B。只有频率相同的两列同性质的波相遇，才能产生稳定干涉图样，故A正确；M点是波峰与波峰叠加，是振动加强点；N点是波峰与波谷叠加，为振动减弱点，故B正确；从图示时刻经过一个周期，N点通过的路程是振幅的4倍，即4|A1－A2|一定不为0，而位移却一定为0，故C错误；从图示时刻经过半个周期，M点通过的路程为2(A1＋A2)，故D错误。故选A、B。二、计算题(本题共2小题，共24分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)7.(12分)如图为某一报告厅主席台的平面图，AB是讲台，S1、S2是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示。报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫。为了避免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消。已知空气中声速为340m/s，若报告人声音的频率为136Hz。(1)声波的波长是多少？(2)讲台上的O点和B点是加强点还是减弱点？(3)讲台上因干涉而相消的位置有多少个和讲台上因干涉而加强的位置有多少个？(1)声频f＝136Hz的声波的波长是λ＝eq\f(v,f)＝2.5m(2)在图中，O是AB的中点，P是OB上任一点，将S1P－S2P表示为S1P－S2P＝keq\f(λ,2)式中k为实数，当k＝0，2，4，6，…时，从两个喇叭传来的声波因干涉而加强；当k＝1，3，5，…时，从两个喇叭传来的声波因干涉而相消；由此可知，O是干涉加强点对于B点，则有S1B－S2B＝20m－15m＝4eq\f(λ,2)所以，B点也是干涉加强点(3)可以推知O、B之间有两个干涉相消点与一个干涉加强点，由对称性可知，AB上有4个干涉相消点，有5个干涉加强点。答案：(1)2.5m(2)O、B均为干涉加强点(3)AB上有4个干涉相消点5个干涉加强点8．(12分)波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2m，如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求：(1)简谐横波的波长；(2)OA间合振动振幅最小的点的位置。(1)设简谐横波波长为λ，频率为f，则v＝λf，代入已知数据，得λ＝1m(2)以O点为坐标原点，设P为OA间的任意一点，其坐标为x，则两波源到P点的波程差Δl＝x－(2－x)，0≤x≤2。其中x、Δl以m为单位。合振动振幅最小的点的位置满足Δl＝(k＋eq\f(1,2))λ，k为整数，所以x＝eq\f(1,2)k＋eq\f(5,4)，可得－eq\f(5,2)≤k≤eq\f(3,2)，故k＝－2、－1、0、1。解得：x＝0.25m，0.75m，1.25m，1.75m答案：(1)1m(2)距O点0.25m、0.75m、1.25m及1.75m(15分钟·40分)9.(6分)如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距两个波长，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，R＝BS1为半径画圆，问在该圆周上(S1和S2两波源除外)共有多少个振动加强的点()A．2 B．4 C．6 D．8选C。首先分析S1和S2两波源的连线上共有几个振动加强的点，由对称性可直接判断B点为振动加强点。如图所示，取BS1中点为A，BS2中点为C，又AS2－AS1＝λ，CS1－CS2＝λ，故A与C两点也为振动加强点，即S1和S2连线上共有三个加强点，再过A、B、C三点作三条加强线(表示三个加强区域)交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六点，显然这六个点也为加强点，故圆周上共有六个振动加强点。故A、B、D错误，C正确。故选C。10.(6分)(多选)内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都会发出噪声，如图所示为某种消声器的示意图，可以用来削弱高速气流产生的噪声。一列声波沿水平管道自左向右传播，到达a处时分成上下两束波，这两束声波在b处相遇时可削弱噪声。关于此消声器下列说法正确的是()A．利用了波的干涉原理B．利用了波的衍射原理C．只能消除某一频率的噪声D．可以消除某些频率的噪声选A、D。噪声通常是不规则或随机的声音信号，由于声波是一种机械波，因此它具有波的特性。当声波自左向右传播，到达a处时分成上下两列波，即成为两列相干声波，在b处相遇时，满足一定条件就会发生干涉相消现象，故A正确，B错误；声波在a处时分成上下两列波，两列波的频率相同，经过不同的波程在b处相遇，若波程差满足半波长的奇数倍，即Δx＝x2－x1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)，两列波在b处就会干涉相消，起到削弱噪声的作用，由于噪声通常是不规则或随机的声音信号，可能在b处相遇的两列波的波程差是其半波长的1倍，也可能是3倍、5倍等，所以此消声器可以消除某些频率的噪声，故C错误，D正确。故选A、D。【加固训练】如图表示产生机械波的波源做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰，下列说法中正确的是()A．该图表示的是衍射现象B．该图表示的是多普勒效应C．该图表示波源正在向B点移动D．观察者在图中的A点接收到的波的频率最低选B。该图表示的是由于波源的移动而引起的多普勒效应，而不是衍射现象，故A错误，B正确；由图可知，波正在向A点移动，故在A点处单位时间内接收到的完全波的个数最多，即在A点处接收到的波的频率最高，故C、D错误。11．(6分)(多选)如图所示，x轴上－2m、12m处有两个振动周期均为4s、振幅均为1cm的相同的波源S1、S2，t＝0时刻同时开始竖直向下振动，产生波长均为4m沿x轴传播的简谐横波。P、M、Q分别是x轴上2m、5m和8.5m的三个点，下列说法正确的是()A．6.0s时P、M、Q三点均已振动B．8.0s后M点的位移始终是2cmC．10.0s后P点的位移始终是0D．10.5s时Q点的振动方向竖直向下选C、D。波速为v＝eq\f(λ,T)＝eq\f(4,4)m/s＝1m/s，在6s内两列波传播了6m，则此时P、Q两质点已振动，但是M点还未振动，A错误；因M点到两个振源的距离相等，则M是振动加强点，振幅为2cm，但不是位移始终为2cm，B错误；P点到两振源的距离之差为6m，为半波长的3倍，则该点为振动减弱点，振幅为零，即10.0s后P点的位移始终为零，C正确；S1波源的振动传到Q点的时间为eq\f(10.5,1)s＝10.5s，则10.5s时Q点由S1引起的振动方向为竖直向下；S2波源的振动传到Q点的时间为eq\f(3.5,1)s＝3.5s，则10.5s时Q点由S2引起的振动已经振动了7s，此时在最高点，速度为零，则10.5s时刻Q点的振动方向为竖直向下，D正确。故选C、D。12．(22分)(梅州高二检测)一固定的超声波源发出频率为100kHz的超声波，一辆汽车从远处向超声波源迎面驶来，在超声波源处的接收器接收到由汽车反射回来的超声波，并测出接收到的超声波频率为110kHz，设空气中声音的传播速度是330m/s，计算汽车的行驶速度大小。设波源发射的超声波频率为f，汽车接收到的频率为f′，把它反射回去，固定接收器接收到的频率为f″，超声波在空气里的传播速度为v，汽车的行驶速度为u。超声波在空气中的波长为λ0，则f＝eq\f(v,λ0)，汽车每秒钟接收到的超声波的波数，即频率f′＝eq\f(v,λ0)＋eq\f(u,λ0)＝eq\f(u＋v,v)f，汽车反射回的超声波在空气中的波长λ′＝eq\f(v,f′)－eq\f(u,f′)＝eq\f(v－u,f′)＝eq\f(（v－u）v,（v＋u）f)，固定接收器接收到的频率f″＝eq\f(v,λ′)＝eq\f(v＋u,v－u)f，由此可以解得u＝eq\f(f″－f,f″＋f)·v＝15.7m/s，即为56.6