2024-2025学年新教材高中物理第3章机械波第3节波的干涉和衍射第4节多普勒效应及其应用课时分层作业含解析鲁科版选择性必修第一册

PAGE5-波的干涉和衍射多普勒效应及其应用(建议用时：25分钟)⊙考点一波的叠加与干涉1．(多选)蝉的家族中的高音歌手是一种被称作“双鼓手”的蝉，它的身体两侧有大大的环形发声器官，身体的中部是可以内外开合的圆盘．圆盘开合的速度很快，抖动的蝉鸣就是由此发出的．某同学围绕蝉休息的树干走了一圈，听到忽高忽低的蝉鸣声，下列说法中正确的是()A．这种现象属于声波的衍射现象B．这种现象属于声波的干涉现象C．蝉的身体两侧的大大的环形发声器官可以看作相干波源D．蝉发出的两列声波的传播速度肯定相同BCD[“听到忽高忽低的蝉鸣声”说明这是声波的干涉现象，选项A错误、B正确；蝉的身体两侧的发声器官可以看作相干波源，选项C正确；因为波速是由介质确定的，所以选项D正确．]2．当两列水波发生干涉时，假如两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是()A．质点P的振动有时是减弱的B．质点P的振幅最大C．质点P的位移始终最大D．质点P的位移肯定不为零B[P点是两列波的波峰的相遇点，故其振动始终是加强的，A错误；质点P处于振动加强区，振幅最大，B正确；对于某一个振动的质点，位移是会随时间改变的，C错误；质点振动到平衡位置时，位移为零，D错误．]3．(多选)如图所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是图中的()BC[当这两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，依据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内全部的质点振动的合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以选项B正确；当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，全部质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得全部的质点振动的位移加倍，所以选项C也是正确的．]4．如图所示，S1、S2为水波槽中的两个波源，它们分别激起两列水波，图中实线表示波峰，虚线表示波谷．已知两列波的波长分别为λ1和λ2且λ1＜λ2，该时刻在P点两列波的波峰与波峰相遇，则以下叙述正确的是()A．P点有时在波峰，有时在波谷，振动始终加强B．P点始终在波峰C．P点的振动不遵循波的叠加原理，也不始终加强D．P点的振动遵循波的叠加原理，但并不始终加强D[任何波的叠加都遵循波的叠加原理，但只有两列波发生干涉时，才能形成稳定的干涉图样，即S1、S2两列波只有频率相同、相位差恒定时，才可在P点始终加强．故选项D正确．]⊙考点二波的衍射5.如图所示是利用水波槽视察到的水波衍射图样，从图样可知()A．B侧波是衍射波B．A侧波速与B侧波速相等C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显B[视察可知，A侧波是衍射波，选项A错误；波速确定于介质，介质不变，波速不变，选项B正确；衍射波的波速不变，周期不变，则波长也不变，选项C错误；增大挡板间距离，衍射现象将变弱，选项D错误．]6．(多选)下列为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是()BC[选项A、B中小孔宽度远大于波长，衍射现象不明显，故A错，B对；选项C、D中小孔宽度远小于波长，衍射现象明显，但穿过小孔后，波速和频率不变，波长应不变，故C对，D错．]7．在水波槽的衍射试验中，若打击水面的振子振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05m/s，为视察到显著的衍射现象，小孔直径d应为()A．10cm B．5cmC．d＞1cm D．d＜1cmD[在水槽中激发的水波波长为λ＝eq\f(v,f)＝eq\f(0.05,5)m＝0.01m＝1cm.要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长．]⊙考点三多普勒效应8．(多选)火车上有一个声源发出频率肯定的乐音．当火车静止、视察者也静止时，视察者听到并记住了这个乐音的音调．以下状况中，视察者听到这个乐音的音调比原来降低的是()A．视察者静止，火车向他驶来B．视察者静止，火车离他驶去C．火车静止，视察者乘汽车向着火车运动D．火车静止，视察者乘汽车远离火车运动BD[当视察者与声源相向运动时，视察者单位时间内接收到的声波的个数增多，所以视察者接收到的频率上升，听到乐音的音调比原来要高．当视察者与声源背向运动时，视察者单位时间内接收的声波的个数削减，所以视察者接收到的频率降低，听到乐音的音调比原来降低了．综上所述，正确选项为B、D.]9.(多选)如图所示是一波源O做匀速直线运动时在匀称介质中产生球面波的状况，则()A．该波源正在移向a点B．该波源正在移向b点C．在a处视察，波的频率变低D．在b处视察，波的频率变低AD[此题考查的是多普勒效应的模型及原理．波源在某一位置产生一列波面后，该波面以该位置为球心，以波速作为传播速度向外传播，反之，由波面可确定出该波面的产生位置，即波源．波面半径大，表示产生时间早，传播时间长．比照图示，可确定出波源由右向左运动，故A正确，B错误；由于视察者不动，故波面经过视察者的速度等于波速，而在a处视察时，相邻波面间距比波源不动时的间距小，因而经过视察者的时间间隔短，频率大；同理在b处的时间间隔长，频率小，故C错误，D正确．](建议用时：15分钟)10.图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有明显振动，为使A处水面也能发生明显振动，可采纳的方法是()A．使波源的频率增大B．使波源的频率减小C．移动N使狭缝的间距增大D．在不移动M板的状况下，不能使A处发生明显振动B[由题意可知，当减小波源的频率，波长增大，故A错误，B正确；而波的明显衍射条件为障碍的尺寸比波长小，或相差不大，故移动N使狭缝的距离减小都可以使衍射现象更加明显，故C、D错误．]11．(多选)如图所示，水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面形成两个频率相同的波源．两个波源发出的两列波相遇后，在它们重叠的区域形成如图所示的图样．波源S1的振动方程为x1＝30sin100πt(cm)，波源S2的振动方程为x2＝20sin100πt(cm)，此刻，M是波峰与波峰的相遇点，下列说法中正确的是()A．这两列波的频率均为50HzB．随着时间的推移，M处的质点将向O处移动C．从该时刻起，经过四分之一周期，M处的质点到达平衡位置，此时位移为零D．O、M连线的中点是振动加强的点，其振幅为50cmACD[由振动方程知：ω＝100πrad/s，则这两列波的频率均为：f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，故A正确；波向外传播的是振动的形式与能量，沿传播方向的各个质点不会向远处移动，故B错误；这两列波的频率相等，则周期也相等；图示时刻M是波峰与波峰的相遇点，经过四分之一周期，两列波在M点都回到平衡位置，所以M处的质点到达平衡位置，此时位移为零，故C正确；由图可知，M点位于两个波源连线的垂直平分线上，这两列波的起振的方向相同，所以两个波源连线的垂直平分线上全部各点都是振动加强点，它们的振幅都是两列波振幅的和，即都是50cm，故D正确．]12．(多选)如图所示，图中表示两列相干水波的叠加状况，实线表示波峰，虚线表示波谷，设这两列波的振幅均为5cm.两列波传播中在图示范围内振幅各自不变，波速和波长均分别为1m/s和0.5m．C点是BE连线的中点，下列说法正确的是()A．图中C、D两点都保持静止不动B．图示时刻A、B两质点竖直高度差是20cmC．图示时刻C点均正处在平衡位置且向下运动D．从今时刻起经0.25s，B质点通过的路程为20cmBD[依据两列相干水波的叠加状况，可知D点是振动减弱点，但C点是振动加强点，故A错误；加强点会得到加强，在A点波峰与波峰相遇，A点高度为10cm，在B点波谷与波谷相遇，B点深度为10cm，A、B两点的竖直高度差为20cm，故B正确；图示时刻C点正处在平衡位置且向上运动，故C错误；从图示时刻起经0.25s即半个周期后，B点通过的路程为20cm，故D正确．]13.波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于匀称介质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．[解析](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为坐标原点，设P为OA间的随意一点，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意Δ