新高考物理一輪復(fù)習(xí)刷題練習(xí)第95講 機械波的干涉、衍射與多普勒效應(yīng)的應(yīng)用（含解析）

第95講機械波的干涉、衍射與多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．（2022?上海）在單縫衍射實驗中，僅減小單縫的寬度，則屏上（）A．條紋變寬，光強增強 B．條紋變窄，光強增強 C．條紋變寬，光強減弱 D．條紋變窄，光強減弱【解答】解：衍射條紋的寬度與縫的寬度有關(guān)，縫變寬，條紋變窄，亮度增大，縫變窄，條紋變寬，光強減弱，故C正確，ABD錯誤；故選：C。2．（2011?浙江）“B超”可用于探測人體內(nèi)臟的病變狀況。如圖是超聲波從肝臟表面入射，經(jīng)折射與反射，最后從肝臟表面射出的示意圖。超聲波在進入肝臟發(fā)生折射時遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為sinθ1sinθ2=v1v2（式中θ1是入射角，θ2是折射角，νA．9dsini100?81sin2iC．d81?100sin2【解答】解：已知入射角為i，設(shè)折射角為r，根據(jù)題意有：tanr=d2?、sinisinr=v1故選：D。一.知識回顧1．波的獨立傳播原理兩列波相遇后彼此穿過，仍然保持各自的運動特征，即各自的波長、頻率等保持不變，繼續(xù)傳播，就像沒有跟另一列波相遇一樣。2．波的疊加幾列波相遇時能夠保持各自的運動特征，即各自的波長、頻率等保持不變，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移(速度、加速度)等于這幾列波單獨傳播時引起的位移(速度、加速度)的矢量和。3．波的干涉和衍射的比較內(nèi)容波的衍射波的干涉定義波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動總是加強、某些區(qū)域的振動總是減弱的現(xiàn)象現(xiàn)象波偏離直線而傳播到直線以外的空間兩列波疊加區(qū)域形成相互間隔的穩(wěn)定的振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣條件明顯發(fā)生的條件：縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小充分條件：兩列波的頻率相同，相位差恒定，振動方向相同相同點干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象4.波的干涉中加強點與減弱點的比較項目區(qū)域振幅振動能量加強點A1＋A2最大減弱點|A1－A2|最小5．波的干涉中加強點和減弱點的判斷方法(1)圖像法：在某時刻的波形圖上，波峰與波峰(或波谷與波谷)的交點是加強點，波峰與波谷的交點是減弱點。加強點或減弱點各自連接形成加強線和減弱線，以兩波源為中心向外輻射，兩種線互相間隔，這就是干涉圖樣，如圖所示。加強點與減弱點之間各質(zhì)點的振幅介于加強點與減弱點的振幅之間。(2)公式法①當(dāng)兩個相干波源的振動步調(diào)一致時，到兩個波源的距離之差Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)處是加強區(qū)，Δx＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)處是減弱區(qū)。②當(dāng)兩個相干波源的振動步調(diào)相反時，到兩個波源的距離之差Δx＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)處是加強區(qū)，Δx＝nλ(n＝0,1,2，…)處是減弱區(qū)。4多普勒效應(yīng)①定義：波源與觀察者相互靠近或者相互遠離時，觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。②規(guī)律：觀察者觀測到的頻率，等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)。波源的頻率不變，只是觀測到的波的頻率發(fā)生變化。如果二者相互靠近，觀測到的頻率變大；如果二者相互遠離，觀測到的頻率變小。③應(yīng)用：利用聲波的多普勒效應(yīng)可以測定車輛行駛的速度；利用光波的多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠天體相對地球的運行速度。二.例題精析題型一：干涉與衍射、多普勒效應(yīng)的區(qū)別例1．關(guān)于機械波的特性，下列說法正確的是（）A．只有波長比障礙物的尺寸小或相差不多的時候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 B．火車鳴笛時向我們駛來，聽到的笛聲頻率將比聲源發(fā)出的頻率低 C．向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血液的速度，這種方法應(yīng)用的是多普勒效應(yīng) D．只要是性質(zhì)相同的波，都可以發(fā)生干涉【解答】解：A、只有波長比障礙物的尺寸大或相差不多的時候才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故A錯誤；B、火車鳴笛向我們駛來時，間距變小，則我們聽到的笛聲頻率將比聲源發(fā)聲的頻率高，故B錯誤；C、向人體發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血液的速度，這種方法應(yīng)用的是多普勒效應(yīng)，故C正確；D、產(chǎn)生干涉的兩個條件是：兩列波的頻率必須相同，兩個波源的相位差必須保持不變，故D錯誤。故選：C。題型二：機械波干涉的定性判定（多選）例2．水槽中，與水面接觸的兩根相同細(xì)桿固定在同一個振動片上。振動片做簡諧振動時，兩根細(xì)桿周期性觸動水面形成兩個波源。兩波源發(fā)出的波在水面上相遇，在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣。關(guān)于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動的質(zhì)點，下列說法正確的是（）A．不同質(zhì)點的振幅都相同 B．不同質(zhì)點振動的頻率都相同 C．不同質(zhì)點振動的相位都相同 D．不同質(zhì)點振動的周期都與振動片的周期相同【解答】ABD.由題意可知兩列波的周期與頻率相同，即這兩列波為相干波，形成干涉圖樣后，有加強與減弱區(qū)域，處在不區(qū)域的質(zhì)點的振幅不一樣，但不同的質(zhì)點，振動的頻率和周期與波源的頻率和周期相同，即不同的質(zhì)點的振動頻率相同，故A錯誤，BD正確；C.不同位置處的質(zhì)點起振的先后順序不同，離波距離不同的質(zhì)點，振動的相位是不同的，故C錯誤；故選：BD。題型三：機械波干涉的定量計算例3．一振動片以頻率f做簡諧振動時，固定在振動片上的兩根細(xì)桿同步周期性地觸動水面上a、b兩點，兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣。c是水面上的一點，a、b、c間的距離均為l，如圖所示。已知波的波長為14l，除c點外，bc邊上還有其他振幅極大的點。則波的傳播速度為14fl【解答】解：根據(jù)波長、頻率和波速的關(guān)系，得到波速v=λf=1振動加強點滿足Δr=r當(dāng)n＝0時，Δr＝0，在c點；當(dāng)n＝1時，Δr=1當(dāng)n＝2時，Δr=1當(dāng)n＝3時，Δr=3當(dāng)n＝4時，Δr＝l，在b點。所以bc邊上（除b、c點外）還3個振幅極大的點。答案故為：14三.舉一反三，鞏固練習(xí)如圖所示為觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個小孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）之間的距離表示一個波長，則對波經(jīng)過孔后的傳播情況，下列描述正確的是（）A．擋板前后波紋間距不等 B．此時不能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 C．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象 D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象【解答】解：A、波通過孔后，波速、頻率、波長不變，則擋板前后波紋間的距離相等。故A錯誤。B、因為波長與孔的尺寸差不多，所以能夠觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。故B錯誤。C、如果將孔AB擴大，孔的尺寸大于波的波長，可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象。故C正確。D、如果孔的大小不變，使波源頻率增大，因為波速不變，根據(jù)λ=vf故選：C。如圖，P為橋墩，A為靠近橋墩浮在水面的葉片，波源S連續(xù)振動，形成水波，此時葉片A靜止不動。為使水波能帶動葉片振動，可用的方法是（）A．增大波源振幅 B．減小波源振幅 C．減小波源距橋墩的距離 D．降低波源頻率【解答】解：水波波速不變，波源頻率增大，波長減小，衍射現(xiàn)象不明顯，反之波源降低頻率，波長增大，衍射現(xiàn)象更明顯，可以使水波能帶動葉片振動，而與波源距橋墩的距離，波源振幅無關(guān)，故ABC錯誤，D正確。故選：D。關(guān)于波的反射與折射，下列說法正確的是（）A．入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變 B．入射波的波長一定小于反射波的波長，其頻率不變 C．入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變 D．入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變【解答】解：AB、波源不變，頻率不變，因為是反射，介質(zhì)相同，v相同。由：v＝λf可得：波長相同。故A正確，B錯誤。CD、波源不變，頻率不變，因為是折射，介質(zhì)不相同，v不相同。根據(jù)：v＝λf，不知兩種介質(zhì)波速大小關(guān)系，故無法判斷波長關(guān)系。故CD錯誤。故選：A。下列關(guān)于波的說法正確的是（）A．波在任何情況下都能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 B．波在任何情況下都能發(fā)生干涉現(xiàn)象 C．頻率相同的兩列波，一定不能形成干涉圖樣 D．機械波的傳播必須依賴介質(zhì)【解答】解：A、只有在障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長相差不多才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故A錯誤；B、只有兩列波頻率相等，相位差恒定時才能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故B錯誤；C、頻率相同的兩列波相遇，如果相位差恒定，則能形成干涉圖樣，故C錯誤；D、機械波傳播的是能量和運動形式，機械波只能在介質(zhì)中傳播，故D正確。故選：D。如圖所示，S1和S2是湖面上兩個完全相同的水波的波源，MN是足夠長的湖岸，水波的波長為2m，S1與S2的連線與湖岸垂直，S1S2＝7.7m，則岸邊始終平靜的位置共有（）A．7處 B．8處 C．9處 D．無數(shù)處【解答】解：當(dāng)空間某點到兩個波源的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，振動始終減弱；水波的波長為2m，S1S2＝7.7m，當(dāng)?shù)絻蓚€波源的路程差為0、1m、3m、5m、7m時，振動減弱；路程差為0是S1與S2的連線的中垂線，與岸邊沒有交點；路程差為1m是雙曲線，與岸邊有2個交點；路程差為3m是雙曲線，與岸邊有2個交點；路程差為5m是雙曲線，與岸邊有2個交點；路程差為7m是雙曲線，與岸邊有2個交點；共8個交點；故在MN上水面是平靜的處數(shù)為8個，故B正確，ACD錯誤。故選：B。如圖所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，下列說法正確的是（）A．質(zhì)點A一會兒在波峰，一會兒在波谷 B．質(zhì)點B一直在波谷 C．質(zhì)點C一會兒在波峰，一會兒在波谷 D．質(zhì)點D一直在平衡位置【解答】解：ABD、在兩列波疊加的區(qū)域里，波峰和波峰相遇，波谷和波谷相遇都是振動加強點，此時的振幅為兩列波振幅之和；波峰和波谷相遇是振動減弱點，此時的振幅為兩列波振幅之差；由圖象知A是波峰與波峰疊加，B是波谷與波谷疊加，是振動的加強點，在A與B的連線上的D點也是振動的加強點。振動的加強點的振動始終加強，一會兒在波峰，一會兒在波谷。故BD錯誤，A正確；C、C點是波峰與波谷疊加，是振動的減弱點，由于兩波源頻率相同，振幅相等，所以C點的振幅為零，故C錯誤。故選：A。如圖，兩列簡諧橫波分別沿x軸正方向和負(fù)方向傳播，波速均為0.4m/s，兩個波源分別位于x＝﹣0.2m和x＝1.2m處，波源的振幅均為3cm。圖為0時刻兩列波的圖像，此刻平衡位置在x＝0.2m和x＝0.8m的P、Q兩質(zhì)點恰好開始振動。質(zhì)點M的平衡位置處于0.5m處。關(guān)于各質(zhì)點運動情況判斷正確的是（）A．質(zhì)點P、Q起振方向相反 B．t＝0.75s時刻，質(zhì)點P、Q都運動到M點 C．t＝1.5s時刻，質(zhì)點M的位移為3cm D．在0～1.5s時間內(nèi)，質(zhì)點M運動的路程為18cm【解答】解：A.波最前沿質(zhì)點的振動方向與波源的起振方向相同，根據(jù)“同側(cè)法”可知，質(zhì)點P、Q起振方向相同，故A錯誤。B.質(zhì)點P、Q和M都在各自的平衡位置附件振動，不隨波逐流，故BC錯誤。CD.由圖可知λ＝0.4m，周期T=λv=0.40.4s=1s；波勻速傳播，兩列波分別從P、Q傳到M處，所用的都為t1=xv=0.30.4s=0.75s；質(zhì)點M為振動加強點，振幅A＝2故選：D。關(guān)于下列物理現(xiàn)象的說法正確的是（）A．“聞其聲而不見其人”的現(xiàn)象是由聲波的干涉導(dǎo)致的 B．為防止物體共振的發(fā)生，盡量使驅(qū)動力的頻率與物體固有頻率一致 C．汽車過一排等間距的減速帶時，車速越大振幅越大 D．醫(yī)學(xué)上采用“彩超”的方式測血流流速，是利用了超聲波的多普勒效應(yīng)【解答】解：A.“聞其聲而不見其人”的現(xiàn)象是聲波的衍射導(dǎo)致，故A錯誤；B.為防止共振，盡量使驅(qū)動力頻率遠大于或遠小于物體固有頻率；C.汽車過一排等距的減速帶，車速越大驅(qū)動力頻率越大，不知道汽車固有頻率，無法確定振幅變化，故C錯誤；D.彩超利用了超聲波的多普勒效應(yīng)，故D正確。故選：D。下列說法正確的是（）A．單色光在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的折射率越大，光的傳播速度越小 B．觀察者靠近聲波波源的過程中，接收到的聲波頻率小于波源頻率 C．同一個雙縫干涉實驗中，藍光產(chǎn)生的干涉條紋間距比紅光的大 D．兩束頻率不同的光，可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象【解答】解：A、根據(jù)n=cv得vB、根據(jù)多普