2024-2025學(xué)年新教材高中物理第3章機(jī)械波第3節(jié)波的干涉和衍射第4節(jié)多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用課時(shí)分層作業(yè)含解析魯科版選擇性必修第一冊(cè)

PAGE5-波的干涉和衍射多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用(建議用時(shí)：25分鐘)⊙考點(diǎn)一波的疊加與干涉1．(多選)蟬的家族中的高音歌手是一種被稱作“雙鼓手”的蟬，它的身體兩側(cè)有大大的環(huán)形發(fā)聲器官，身體的中部是可以內(nèi)外開合的圓盤．圓盤開合的速度很快，抖動(dòng)的蟬鳴就是由此發(fā)出的．某同學(xué)圍繞蟬休息的樹干走了一圈，聽到忽高忽低的蟬鳴聲，下列說法中正確的是()A．這種現(xiàn)象屬于聲波的衍射現(xiàn)象B．這種現(xiàn)象屬于聲波的干涉現(xiàn)象C．蟬的身體兩側(cè)的大大的環(huán)形發(fā)聲器官可以看作相干波源D．蟬發(fā)出的兩列聲波的傳播速度肯定相同BCD[“聽到忽高忽低的蟬鳴聲”說明這是聲波的干涉現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；蟬的身體兩側(cè)的發(fā)聲器官可以看作相干波源，選項(xiàng)C正確；因?yàn)椴ㄋ偈怯山橘|(zhì)確定的，所以選項(xiàng)D正確．]2．當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí)，假如兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，下列說法正確的是()A．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)有時(shí)是減弱的B．質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C．質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大D．質(zhì)點(diǎn)P的位移肯定不為零B[P點(diǎn)是兩列波的波峰的相遇點(diǎn)，故其振動(dòng)始終是加強(qiáng)的，A錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)P處于振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)，振幅最大，B正確；對(duì)于某一個(gè)振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，位移是會(huì)隨時(shí)間改變的，C錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到平衡位置時(shí)，位移為零，D錯(cuò)誤．]3．(多選)如圖所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長(zhǎng)均相等，當(dāng)它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是圖中的()BC[當(dāng)這兩列波的前半個(gè)波(或后半個(gè)波)相遇時(shí)，依據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波(或后半個(gè)波)重疊的區(qū)域內(nèi)全部的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波(或前半個(gè)波)的波形保持不變，所以選項(xiàng)B正確；當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，全部質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，使得全部的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍，所以選項(xiàng)C也是正確的．]4．如圖所示，S1、S2為水波槽中的兩個(gè)波源，它們分別激起兩列水波，圖中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷．已知兩列波的波長(zhǎng)分別為λ1和λ2且λ1＜λ2，該時(shí)刻在P點(diǎn)兩列波的波峰與波峰相遇，則以下敘述正確的是()A．P點(diǎn)有時(shí)在波峰，有時(shí)在波谷，振動(dòng)始終加強(qiáng)B．P點(diǎn)始終在波峰C．P點(diǎn)的振動(dòng)不遵循波的疊加原理，也不始終加強(qiáng)D．P點(diǎn)的振動(dòng)遵循波的疊加原理，但并不始終加強(qiáng)D[任何波的疊加都遵循波的疊加原理，但只有兩列波發(fā)生干涉時(shí)，才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，即S1、S2兩列波只有頻率相同、相位差恒定時(shí)，才可在P點(diǎn)始終加強(qiáng)．故選項(xiàng)D正確．]⊙考點(diǎn)二波的衍射5.如圖所示是利用水波槽視察到的水波衍射圖樣，從圖樣可知()A．B側(cè)波是衍射波B．A側(cè)波速與B側(cè)波速相等C．減小擋板間距離，衍射波的波長(zhǎng)將減小D．增大擋板間距離，衍射現(xiàn)象將更明顯B[視察可知，A側(cè)波是衍射波，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；波速確定于介質(zhì)，介質(zhì)不變，波速不變，選項(xiàng)B正確；衍射波的波速不變，周期不變，則波長(zhǎng)也不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；增大擋板間距離，衍射現(xiàn)象將變?nèi)?，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．]6．(多選)下列為水波的衍射現(xiàn)象，S為波源，d為擋板上的小孔寬度，相鄰弧線間距為一個(gè)波長(zhǎng)，其中符合事實(shí)的是()BC[選項(xiàng)A、B中小孔寬度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象不明顯，故A錯(cuò)，B對(duì)；選項(xiàng)C、D中小孔寬度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象明顯，但穿過小孔后，波速和頻率不變，波長(zhǎng)應(yīng)不變，故C對(duì)，D錯(cuò)．]7．在水波槽的衍射試驗(yàn)中，若打擊水面的振子振動(dòng)頻率是5Hz，水波在水槽中的傳播速度為0.05m/s，為視察到顯著的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d應(yīng)為()A．10cm B．5cmC．d＞1cm D．d＜1cmD[在水槽中激發(fā)的水波波長(zhǎng)為λ＝eq\f(v,f)＝eq\f(0.05,5)m＝0.01m＝1cm.要求在小孔后產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象，應(yīng)取小孔的尺寸小于波長(zhǎng)．]⊙考點(diǎn)三多普勒效應(yīng)8．(多選)火車上有一個(gè)聲源發(fā)出頻率肯定的樂音．當(dāng)火車靜止、視察者也靜止時(shí)，視察者聽到并記住了這個(gè)樂音的音調(diào)．以下狀況中，視察者聽到這個(gè)樂音的音調(diào)比原來降低的是()A．視察者靜止，火車向他駛來B．視察者靜止，火車離他駛?cè)．火車靜止，視察者乘汽車向著火車運(yùn)動(dòng)D．火車靜止，視察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動(dòng)BD[當(dāng)視察者與聲源相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，視察者單位時(shí)間內(nèi)接收到的聲波的個(gè)數(shù)增多，所以視察者接收到的頻率上升，聽到樂音的音調(diào)比原來要高．當(dāng)視察者與聲源背向運(yùn)動(dòng)時(shí)，視察者單位時(shí)間內(nèi)接收的聲波的個(gè)數(shù)削減，所以視察者接收到的頻率降低，聽到樂音的音調(diào)比原來降低了．綜上所述，正確選項(xiàng)為B、D.]9.(多選)如圖所示是一波源O做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)在勻稱介質(zhì)中產(chǎn)生球面波的狀況，則()A．該波源正在移向a點(diǎn)B．該波源正在移向b點(diǎn)C．在a處視察，波的頻率變低D．在b處視察，波的頻率變低AD[此題考查的是多普勒效應(yīng)的模型及原理．波源在某一位置產(chǎn)生一列波面后，該波面以該位置為球心，以波速作為傳播速度向外傳播，反之，由波面可確定出該波面的產(chǎn)生位置，即波源．波面半徑大，表示產(chǎn)生時(shí)間早，傳播時(shí)間長(zhǎng)．比照?qǐng)D示，可確定出波源由右向左運(yùn)動(dòng)，故A正確，B錯(cuò)誤；由于視察者不動(dòng)，故波面經(jīng)過視察者的速度等于波速，而在a處視察時(shí)，相鄰波面間距比波源不動(dòng)時(shí)的間距小，因而經(jīng)過視察者的時(shí)間間隔短，頻率大；同理在b處的時(shí)間間隔長(zhǎng)，頻率小，故C錯(cuò)誤，D正確．](建議用時(shí)：15分鐘)10.圖中S為在水面上振動(dòng)的波源，M、N是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)測(cè)得A處水面沒有明顯振動(dòng)，為使A處水面也能發(fā)生明顯振動(dòng)，可采納的方法是()A．使波源的頻率增大B．使波源的頻率減小C．移動(dòng)N使狹縫的間距增大D．在不移動(dòng)M板的狀況下，不能使A處發(fā)生明顯振動(dòng)B[由題意可知，當(dāng)減小波源的頻率，波長(zhǎng)增大，故A錯(cuò)誤，B正確；而波的明顯衍射條件為障礙的尺寸比波長(zhǎng)小，或相差不大，故移動(dòng)N使狹縫的距離減小都可以使衍射現(xiàn)象更加明顯，故C、D錯(cuò)誤．]11．(多選)如圖所示，水槽中，波源是固定在同一個(gè)振動(dòng)片上的兩根細(xì)桿，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿周期性地觸動(dòng)水面形成兩個(gè)頻率相同的波源．兩個(gè)波源發(fā)出的兩列波相遇后，在它們重疊的區(qū)域形成如圖所示的圖樣．波源S1的振動(dòng)方程為x1＝30sin100πt(cm)，波源S2的振動(dòng)方程為x2＝20sin100πt(cm)，此刻，M是波峰與波峰的相遇點(diǎn)，下列說法中正確的是()A．這兩列波的頻率均為50HzB．隨著時(shí)間的推移，M處的質(zhì)點(diǎn)將向O處移動(dòng)C．從該時(shí)刻起，經(jīng)過四分之一周期，M處的質(zhì)點(diǎn)到達(dá)平衡位置，此時(shí)位移為零D．O、M連線的中點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，其振幅為50cmACD[由振動(dòng)方程知：ω＝100πrad/s，則這兩列波的頻率均為：f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，故A正確；波向外傳播的是振動(dòng)的形式與能量，沿傳播方向的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)不會(huì)向遠(yuǎn)處移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；這兩列波的頻率相等，則周期也相等；圖示時(shí)刻M是波峰與波峰的相遇點(diǎn)，經(jīng)過四分之一周期，兩列波在M點(diǎn)都回到平衡位置，所以M處的質(zhì)點(diǎn)到達(dá)平衡位置，此時(shí)位移為零，故C正確；由圖可知，M點(diǎn)位于兩個(gè)波源連線的垂直平分線上，這兩列波的起振的方向相同，所以兩個(gè)波源連線的垂直平分線上全部各點(diǎn)都是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，它們的振幅都是兩列波振幅的和，即都是50cm，故D正確．]12．(多選)如圖所示，圖中表示兩列相干水波的疊加狀況，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，設(shè)這兩列波的振幅均為5cm.兩列波傳播中在圖示范圍內(nèi)振幅各自不變，波速和波長(zhǎng)均分別為1m/s和0.5m．C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn)，下列說法正確的是()A．圖中C、D兩點(diǎn)都保持靜止不動(dòng)B．圖示時(shí)刻A、B兩質(zhì)點(diǎn)豎直高度差是20cmC．圖示時(shí)刻C點(diǎn)均正處在平衡位置且向下運(yùn)動(dòng)D．從今時(shí)刻起經(jīng)0.25s，B質(zhì)點(diǎn)通過的路程為20cmBD[依據(jù)兩列相干水波的疊加狀況，可知D點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，但C點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；加強(qiáng)點(diǎn)會(huì)得到加強(qiáng)，在A點(diǎn)波峰與波峰相遇，A點(diǎn)高度為10cm，在B點(diǎn)波谷與波谷相遇，B點(diǎn)深度為10cm，A、B兩點(diǎn)的豎直高度差為20cm，故B正確；圖示時(shí)刻C點(diǎn)正處在平衡位置且向上運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；從圖示時(shí)刻起經(jīng)0.25s即半個(gè)周期后，B點(diǎn)通過的路程為20cm，故D正確．]13.波源S1和S2的振動(dòng)方向相同，頻率均為4Hz，分別置于勻稱介質(zhì)x軸上的O、A兩點(diǎn)處，OA＝2m，如圖所示．兩波源產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸相向傳播，波速為4m/s.已知兩波源振動(dòng)的初始相位相同．求：(1)簡(jiǎn)諧橫波的波長(zhǎng)；(2)OA間合振動(dòng)振幅最小的點(diǎn)的位置．[解析](1)設(shè)簡(jiǎn)諧橫波波長(zhǎng)為λ，頻率為f，則v＝λf，代入已知數(shù)據(jù)，得λ＝1m.(2)以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)P為OA間的隨意一點(diǎn)，其坐標(biāo)為x，則兩波源到P點(diǎn)的波程差Δl＝x－(2－x)，0≤x≤2.其中x、Δl以m為單位．合振動(dòng)振幅最小的點(diǎn)的位置滿意Δ