多普勒效应、惠更斯原理(习题).pdf

多普勒效应、惠更斯原理多普勒效应、惠更斯原理 一、选择题一、选择题 1如图所示，让小球 P 一边贴水面每秒振动 5 次，一边沿 z 轴正方向匀速移动，O 点是它的初始 位置图示为观察到的某一时刻的水面波，图中的实线表示水面波的波峰位置，此时小球 P 处于波峰 位置，激起的第一个波峰刚好传到 40 cm 处，那么水面波的传播速度及小球 P 匀速移动的速度分别是 （ ） A0.05 ms，0.025 ms B0，1 rns，0.1 ms C0.15 ms，0.125 ms D0.2 ms，0.1 ms 2轮船在进港途中 x-t 图像如图甲所示，则在港口所测到轮船 L 雾笛发出声音的频率是图乙中的 哪一个（ ） 3站在火车站台上的旅客听到火车鸣笛声的音调变化情况是（ ） A当火车减速进站时，鸣笛声的音调变低 B当火车减速进站时，鸣笛声的音调变高 C当火车减速离站时，鸣笛声的音调变低 D当火车减速离站时，鸣笛声的音调变高 4一个位于原点 O 的波源 S 发出一列沿 x 轴正向传播的简谐横波，波速为 400 ms，已知在 t=0 时刻，波刚好传到 x=40 m 处，当时的波形图如图所示在 x 轴上横坐标 x=400 m 处固定一个波的接 收器 P（图中未画出） ，则下列说法中正确的是（ ） A波源开始振动的方向一定是向下 Bx=40 m 处的质点在 t=0.5 s 时刻位于最大位移处 C接收器在江 1.0 s 时刻才接收到此波的信号 D 若从 t=0 时刻起波源 S 沿 x 轴负向以 10 ms 的速度匀速移动， 则接收器接收到此波时的频率 将变小 5有两个静止的声源，发出声波 1 和声波 2，在空气中传播，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 的波速比声波 2 的波速大 B相对于同一障碍物，波 l 比波 2 更容易发生明显的衍射现象 C这两列波相遇时，不会产生干涉现象 D远离两个声源运动的观察者，听到的这两列波的频率均与从声源发出时的频率相同 6如图甲所示，O 为波源，OP 间距为 s，t=0 时刻 0 点开始由平衡位置向下振动，产生向右的沿 直线传播的简谐横波，图乙表示 P 点振动的图像（从 t1时刻开始振动） 则以下说法正确的是（ ） A该波的波长为 s(t2t1)t1 B该波与另一列频率为 21 1 tt Hz 的同类波叠加不可能产生稳定的干涉现象 C某障碍物的尺寸为 21 1 () 2 s tt t ，该波遇到此障碍物时能产生明显的衍射现象 D若波源 O 向右匀减速运动，靠近 P 点，则 P 点的观察者接收到的波的频率比 21 1 tt Hz 大 7如图是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象，已知波在介质中的波速为 v1， 波在介质中的波速为 v2，则 v1v2，为（ ） A12 B21 C32 D23 8以下关于波的认识，哪些是正确的？（ ） A潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理 B隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C雷达的工作原理是利用波的反射 D水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象 9甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距 2a，距离墙均为3a，当甲开了一枪后，乙在时 间 t 后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为（ ） A听不到 B甲开枪 3t 后 C甲开枪 2t 后 D甲开枪 37 2 t 后 10图中 1、2、3 分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则（ ） A2 与 1 的波长、频率相等波速不等 B2 与 1 的波速、频率相等，波长不等 C3 与 1 的波速、频率、波长均相等 D3 与 1 的频率相等，波速、波长均不等 11如图所示。是声波从介质进入介质的折射情况，由图判断下面说法中正确的是（ ） A入射角大于折射角，声波在介质中的波速大于它在介质中的波速 B入射角大于折射角，可能是空气，可能是水 C入射角小于折射角，可能是钢铁，可能是空气 D介质中波速 v1与介质中波速 v2满足： 12 21 sin sin v v 二、填空题二、填空题 12飞行的炮弹由于受到空气阻力作用而做减速运动，同时发出呼啸声，有经验的战士根据呼啸 声的音调即能判断炮弹是向他飞来还是远离他而去假如他听到的呼啸声音调降低，这说明炮弹正 _ 13如图所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度 v1，向东行走，在路口北侧，乙站在路边， 一辆汽车以速度 v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为 f0，车速 v2v1。甲听到的笛声 的频率为 f1，乙听到的笛声的频率为 f2，司机自己听到的笛声的频率为 f3，则此三人听到笛声的频率 由高至低依次为_ 14某人乘火车由甲地去乙地，途中此人乘坐的列车笛声频率为 f1；此人乘坐的列车之后又与迎 面驶来的一列客车会车，听到客车驶近时的笛声频率为 f2，已知机车发出的笛声相同，则 f1与 f2的大 小关系是 f1_（填“大于”“小于”或“等于”f2 三、解答题三、解答题 15以速度 u=20 ms 奔驰的火车，鸣笛声频率为 275 Hz，若常温下空气中的声速 v=340 ms （1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？ （2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？ 16一个观察者在铁路旁边，当火车驶近时，他听到汽笛声频率为 f1=440 Hz当火车驶去时，他 听到汽笛声频率为 f2=392 Hz，设空气中的声速为 330 ms，求火车的速度 v1是多少？ 17正在报警的警钟，每隔 0.4 s 响一声，有辆警车以 72 kmh 的速度向警钟所在地赶来，则该 警车内的警察在 2 min 内能听到多少次响声？（报警信号在空气中传播速度为 340 ms） 18某人想听到自己发出声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为 340 ms，那么他至少 要离障碍物多远？（原声与回声区分的最短时间为 0.1 s） 19一个观察者在高处用望远镜注视在地上的木工以每秒 2 次的频率击钉子，他听到声音时恰好 看到击锤动作，若观察者距木工 680 m，当木工停止击锤后，他还能听到几次击钉声？（声波在空气 中的传播速度为 340 ms） 20如图，a、b、c 分别为人射波、反射波、折射波，已知入射波波速 v=10 ms，入射角1为 30 ，反射波线与折射波线相垂直，求折射波的速度 【答案与解析】 一、选择题一、选择题 1 【答案】D 【 解 析 】 由 图 可 知 P 振 动 的 时 间 为 2 s ， 波 速 0.4 m 0.2 m / s 2s ， P 点 移 动 速 度 0.4m 0.2m / s 2s 2 【答案】A 【解析】由 x-t 图像可知，轮船靠近港口时的速度 v1v3v2，由 vf f Vv 可知，f1f3f2，故 A 项正确。 3 【答案】B、C 【解析】当波源靠近观察者时，观察者接收到的频率变高；当波源远离观察者时，观察者接收到 的频率变低 4 【答案】A、D 【解析】t=0 时刻 x=40 m 处质点起振的方向与波源开始振动的方向是相同的，向下振动，所以 A 正确；由=20 m，0.05sT v ，所以 x=40 m 处的质点，在 t=0.5 s 时恰好振动了 10 个周期，又 回到平衡位置， B 错误； t=0 时波离接收器 P 的距离为 400 m40 m=360 m， 所以再经过 360 s0.9s 400 ， 接收器 P 即可接收到此波的信号，C 错误；波源以 10 ms 的速度远离接收器 P，由多普勒效应知识 可知，接收器接收到此波时的频率将变小，D 正确 5 【答案】B、C 【解析】A、波速是由介质决定的，两列声波在同一空间的空气中沿同一方向传播，波速相同故 A 错误 B、由图读出声波 1 和声波 2 波长之比 1：2=2：1，波长大的更容易发生明显的衍射现象， B 对。C、由 v=f 得到两波频率之比 f1：f2=1：2，频率不同，相遇时不会产生干涉现象 C 对。D、远 离两个声源运动的观察者，听到的这两列波的频率比波源的频率低。故正确答案为 BC。 6 【答案】A、C、D 【解析】 由图可知 21 Ttt， 波速 1 s v t ， 所以波长 211 ()/vTs ttt， 频率 21 11 f Ttt ， 因此遇到频率为 21 1 tt 的同类波可以发生干涉现象，A 对，B 错；因障碍物的尺寸 21 1 () 2 s tt t 比波长 还小，故能发生明显的衍射现象，C 对；波源只要靠近观察者，观察者接收到的频率就比波源的频率 大，D 对。故选 ACD。 7 【答案】C 【解析】入射角的正弦与折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与波在第二种介质中的 速度之比 11 22 3 sinsin603 2 sinsin4522 2 v v 故选项 C 对。 8 【答案】A、B、C、D 【解析】A、B、C 选项中应用了波的反射现象，而 D 选项应用了波的折射现象，而深水区域和浅 水区域视为不同介质，故改变传播方向，故 D 选项也对. 9 【答案】C 【解析】乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，设枪响声音的传播速度为 v， 故 2a t v 甲、乙两人及墙的位置如上图所示，乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知， 波线如图中 AC 和 CB，由几何关系可得：AC=CB=2a，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为 4 2 ACCBa tt vv 10 【答案】D 【解析】反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等，故 A 错，B 错折射波的波长、波速 与入射波都不等，但频率相等，故 C 错，D 正确 11 【答案】A 【解析】由图中可直接看出1为入射角，2为折射角，有12，选项 C 错误；根据折射规 律有 11 22 sin 1 sin v v 所以 v1v2，选项 D 错误，选项 A 正确；声波在液体、固体中的速度大于在气 体中的速度，选项 B 错误 二、填空题二、填空题 12 【答案】远离他而去 13 【答案】f1、f2、f3 【解析】由于 v2v1，所以汽车和甲的相对距离减小甲听到的频率变大，即 f1f0由于乙静止 不动，汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变小，即 f2f0由于司机和声源相对静止，所以司机 听到的频率不变，即 f3=f0综上所述，三人听到笛声的频率由高至低依次为 f1、f3、f2 14 【答案】小于 【解析】当波源和观察者互相靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率 三、解答题三、解答题 15 【答案】见解析 【解析】 （1）观察者相对介质静止，波源以速度“向观察者运动，以介质为参考系，波长将缩短为 =vTuT=(vu)T，则观察者听到的频率为 340 275 Hz292Hz 34020 vv ff vu 。 （2）同上述分析，观察者听到的频率为 340 275 Hz260Hz 34020 vv ff vu 16 【答案】见解析 【解析】设汽笛的频率为 f， 当火车驶近时： 1 1 v ff vv ， 当火车远离时： 2 1 v ff vv ， 式联立，解得 12 1 12 440392 330m / s19m / s 440392 ff vv ff 。 17 【答案】见解析 【解析】 警钟所发报警信号频率 1 Hz2.5Hz 0.4 f ， 观察者相对于介质的速度 v1=72 kmh=20 ms，故警察接收到的报警信号频率 1 20545 11HzHz 340217 v ff v ，则警察在 2 min 内可听到的警报声 45 120 17 n 次=317 次 18 【答案】见解析 【解析】在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同，只有声波从人所站 立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在 0.1 s 以上，才能辨别出回声，设障碍物至少和人相距为 s，则应有 2s=vt 可得： 340 0.1 m17m 22 vt s 19 【答案】见解析 【解析】题中木工击钉子产生的