高中物理选择性必修一第3章 5

第三章5A组·基础达标1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A．多普勒效应是由波的干涉引起的B．多普勒效应说明波源的频率发生变化C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的D．只有声波才可以产生多普勒效应【答案】C【解析】在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．多普勒效应是波动过程共有的特征，电磁波和光波也会发生多普勒效应，故C正确．2．上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，同学们听到蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是()A．旋转时蜂鸣器发声的频率变化了B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率C．蜂鸣器音调变高时，一定是向远离观察者的方向运动D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的【答案】B【解析】旋转时蜂鸣器发声的频率没有变化，故A错误；旋转过程中，声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变化了，故B正确，D错误；当其远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误．3．(多选)关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应B．当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低【答案】BD【解析】若波源和观察者都同时运动，两者间相对静止时，是不能观察到多普勒效应的，故A错误；由定义可知，当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应，故B正确；若声源远离观察者，观察者会感到声音频率变低，故C错误；声源和观察者靠近时，观察者听到的声音音调会变高；若两者远离，则观察者听到的声音音调变低，故D正确．4．如图所示，表示的是产生机械波的波源O正在做匀速直线运动的情况，图中的若干个圆环表示同一时刻的波峰分布．为了使静止的频率传感器能接收到的波的频率最低，则应该把传感器放在()A．A点 B．B点C．C点 D．D点【答案】B【解析】根据波速、波长和频率的关系式v＝λf，由于同一种介质中波速相同，A点位置附近波长最短，B点位置附近波长最长，故传感器在A点接收到波的频率最高，在B点接收到波的频率最低，故B正确，A、C、D错误．5．(多选)假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，下列说法正确的是()A．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300HzB．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300HzC．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300HzD．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300Hz【答案】AD【解析】根据多普勒效应规律，当汽车向你驶过来时，听到的喇叭声音的频率大于300Hz，A正确，B错误；当汽车和你擦身而过后，听到的喇叭声音的频率小于300Hz，C错误，D正确．6．下图表示平直公路上，汽车正在匀速远离，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图像，其中正确的是() A B C D【答案】D【解析】汽车正在匀速远离，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的．由于是远离，汽车反射波的频率应该小于发出波的频率，D正确．7．如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的人感受到的声波的频率为f2，则()A．f1＜f，f2＜f B．f1＜f，f2＞fC．f1＞f，f2＞f D．f1＞f，f2＜f【答案】D【解析】波源朝向观察者运动时，感受到的频率大于静止感受到的频率，波源远离观察者运动时，感受到的频率小于静止时感受到的频率，D正确．8．一频率为600Hz的声源以20rad/s的角速度沿一半径为0.8m的圆周(圆心为O点)做匀速圆周运动．一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图所示，则观察者接收到()A．声源在A点时发出声音的频率等于600HzB．声源在B点时发出声音的频率等于600HzC．声源在C点时发出声音的频率等于600HzD．声源在D点时发出声音的频率小于600Hz【答案】B【解析】根据多普勒效应，当声源和观察者相向运动时观察者接收到的频率大于声源的频率，当声源和观察者反向运动时观察者接收到的频率小于声源的频率．将声源运动到A、B、C、D四个点时，相对于观察者的速度方向画出来，可以得到A点有接近观察者的趋势，C点有远离观察者的趋势，声源在B、D两点的速度方向，垂直O点与观察者的连线，所以在B、D两点，观察者接收到的频率就等于声源的频率，而在A点观察者接收到的频率大于声源的频率，在C点观察者接收到的频率小于声源的频率．9．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲的发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑期间，下列判断正确的是()A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39000HzB．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz【答案】C【解析】由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39000Hz，蝙蝠接收到墙壁反射的频率也大于墙壁接收的频率，故C正确．B组·能力提升10．一架低空飞行的飞机，从远处水平匀速地飞至某同学头顶上空，若飞机振动的频率始终不变，从听到声音至飞机飞临该同学头顶上空时刻前，他听到的飞机声音的音调(即频率)()A．不变，且一直与飞机实际发出的声音音调相同B．不变，且一直比飞机实际发出的声音音调低C．不变，且一直比飞机实际发出的声音音调高D．一直比飞机实际发出的声音音调高【答案】D【解析】飞机和人的关系如图所示，其中S为飞机，P为该同学．利用运动的分解把飞机的速度分解为两个速度，不难得到v1＝vcosθ，v为飞机水平速度，v1为靠近该同学的速度，随着飞机飞临该同学头顶，θ角逐渐增大，容易看出v1逐渐减小，所以他听到的飞机声音的音调是变的，但始终比飞机实际发出的声音音调高，故A、B、C错误，D正确．11．轮船在进港途中的x－t图像如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率与时间的关系图像正确的是()CD【答案】A【解析】匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变化，但速度大时频率大，由x－t图像可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正确．12．如图是一张蜻蜓点水的俯视照片，该照片记录了蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹，其形状如图所示．由图中可以得出：①蜻蜓的飞行方向向左②蜻蜓的飞行方向向右③蜻蜓飞行速度比水波传播的速度大④蜻蜓飞行速度比水波传播的速度小()A．①③ B．①④C．②③ D．②④【答案】C【解析】根据题图所示，蜻蜓连续三次点水过程中激起的波纹，圆圈越小，则时间越短，所以飞行方向为从大圆到小圆，即蜻蜓的飞行方向向右；若蜻蜓飞行的速度和水波的速度相同，那么蜻蜓的每一次点水的时候都会是在上一个水波的边线上，而第二个水波和第一个水波都在以相同的速度运动，所以每个圆都应该是内切的，然而图中则说明蜻蜓飞行的速度比水波的速度大，故C正确．课后篇巩固提升必备知识基础练1.图甲是一列简谐横波在t=20s时的波形,图乙是这列波中P点的振动图线,那么该波的传播速度和传播方向是()A.v=25cm/s,向左传播 B.v=50cm/s,向左传播C.v=25cm/s,向右传播 D.v=50cm/s,向右传播解析由题图乙知T=2s。由题图甲知λ=100cm。由v=λT得v=1002cm/s=50cm/s,选项A、C错误;由题图乙知,2s末,P点向上振动,根据振动的周期性,可得20s时P点仍向上振动,可判断波向左传播,选项B正确答案B2.(多选)图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形,图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图像。从该时刻起()A.经过0.35s时,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离B.经过0.25s时,质点Q的加速度大于质点P的加速度C.经过0.15s时,波沿x轴的正方向传播了3mD.经过0.1s时,质点Q的运动方向沿y轴正方向解析由图乙可知,T=0.2s,t=0时刻,P质点向下运动,则波向右传播,经0.35s,即1+34T,P点到达波峰,Q质点距平衡位置的距离小于P点,故选项A正确;经0.25s,即1+14T,P到达波谷,加速度最大,故选项B错误;经0.15s,波传播的距离Δx=vΔt=3m,故选项C正确;Q点在t=0时向上振动,经0.1s(即半个周期),其运动方向沿y轴负方向答案AC3.一列沿x轴正方向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.2s时刻的波形如图中虚线所示,则()A.t=0.2s时质点P的运动方向向右B.波的周期可能为0.27sC.波的频率可能为1.25HzD.波的传播速度可能为20m/s解析t=0.2s时质点P的运动方向向上(y轴正方向),A错;波长λ=24m,Δt=n+14T=0.2s,T=0.84n+1s(n=0,1,2,3,…),B错;f=4n+10.8Hz,n=0时,f=1.25答案C4.(多选)如右图所示,机械波沿直线ab向右传播,ab=2m,某时刻a点处于波谷位置,b点在平衡位置且向上运动,下列说法正确的是()A.波长可能是23m B.波长可能是8C.波长可能小于23m D.波长可能大于8解析t=0时刻,a质点在波谷,b质点在平衡位置且向上运动,如图所示,根据波由a传向b,可知波长λ满足34λ+nλ=2(n=0,1,2,…),这样λ=84n+3(n=0,1,2,…),由此可知波长不可能大于83m。当n=0时,λ=83m;当n=2时,λ=811m,大于23m;当n=3时,λ=815m,答案BC5.(多选)一列简谐横波,在t=0时波形如图所示,P、Q两点的坐标分别为(-1,0)、(-7,0),波的传播方向由右向左,已知t=0.7s时,P点第二次出现波峰,则()A.t=0.9s时,Q点第一次出现波峰B.t=1.2s时,Q点第一次出现波峰C.波源起振方向一定向上D.质点Q位于波峰时,质点P位于波谷解析由题图知波长λ=4m,第二个波峰到达P点所需时间为74T=0.7s,有T=0.4s,波速v=λT=40.4m/s=10m/s。第一个波峰传播到Q,传播距离Δx=2m-(-7m)=9m,所需时间Δt=ΔxΔv=910s=0.9s,故选项A正确,B错误;P、Q两点间距6m=1+12λ,振动情况相反,选项答案ACD6.(多选)甲如图甲所示,一列简谐横波在x轴上传播,图乙和图丙分别为x轴上P、Q两质点的振动图像,且xPQ=6m。下列判断正确的是()A.波长可能是8m B.波长可能是10mC.波速可能是1.2m/s D.波速可能是3.6m/s解析若波是从Q向P传播,则P、Q的振动相差n+34个周期,距离相差n+34个波长,则n+34λ1=6m,即λ1=244n+3m(n=0,1,2,3,…),同理,波从P向Q传播时,λ2=244n+1m(n=0,1,2,…),由此知选项A正确,B错误;根据波速公式v=λT,波对应的传播速度分别为v1=64n+3m/s(答案AC7.(四川高二期末)一列简谐横波,某时刻的波形图像如图甲所示,从该时刻开始计时,波上质点Q的振动图像如图乙所示,则:(1)从该时刻起,再经过Δt=0.4s,质点P的位移、通过的路程分别为多少?(2)再经多长时间x=45m处的质点(未画出)第二次位于波峰?解析(1)由振动图像可以看出,此波的周期为0.8s。因为Δt=0.4s,Δt=T2,故经0.4s质点P回到平衡位置。质点P的位移为0,质点P通过的路程为2A=4cm(2)由Q点在t=0时刻向上振动知,波沿x轴正方向传播。波速v=λT=200.8m/s=25m/s,x=45m处的质点第一次到达波峰的时间t1=45m-20mv=2525s=1答案(1)位移为0,路程为4cm(2)1.8s关键能力提升练8.(多选)(浙江高三月考)一机械波沿x轴传播,图甲为t=0时的波动图像,图乙为x=5m处的A质点的振动图像,此时P、Q两质点的位移均为-1m,则()A.这列波向x轴正方向传播,波速为53B.t=0.2s时,P、Q两质点加速度相同C.P质点的振动方程为y=2sin5π3t-π6D.这列波的波动方程为y=2sinπ10x+π2cm解析t=0时x=5m处的A质点的振动方向向上,可知该波向x轴正方向传播,根据题图甲可知该波的波长为λ=20m,根据题图乙可知该波的周期为T=1.2s,所以该波的波速为v=λT=201.2m/s=503m/s,故A错误;根据题意分析,t=0.2s时,P、Q质点加速度不相同,故B错误;由题图可知波长为20m,振幅为2cm,P点的振动方程为y=AsinωPt-π6=Asin2πT·t-π6=2sin5π3t-π6cm,故C正确;这列波的波动方程为y=Acos2πλ·x=2sin答案CD9.一列简谐横波沿x轴正方向传播,振幅为2cm,周期为T,如图所示,在t=0时刻波上相距50cm的两质点a、b的位移大小都是3cm,运动方向相同,沿y轴负方向运动,下列说法正确的是()A.该列波的波长可能为75cmB.该列波的波长可能为45cmC.当质点b的位移为+2cm时,质点a的位移为-2cmD.在t=23T时刻,质点b解析根据x=Asinωt可知对a有3=2sinωta,则ωta=π3,同理对b有ωtb=5π3,结合ω=2πT,可知Δt=tb-ta=4π3ω=23T,则50cm=23λ+nλ(n=0,1,2,…),变形得λ=1503n+2cm(n=0,1,2,…),当n=0时,波长λ=75cm,当波长为45cm时,n不为整数,A正确,B错误;根据波形平移可知,当质点b的位移为+2cm时,质点a的位移不为-2cm,C错误;波形图的平衡位置传播至质点b处时,答案A10.P、Q是一列简谐横波中的两质点,已知P离振源较近,P、Q两点的平衡位置相距15m(小于一个波长),各自的振动图像如图所示。此列波的波速为m/s。

解析由题图知,周期为T=8s,因点P离波源较近,波由P传到Q,则P、Q间的距离Δx=n+34λ,得λ=4Δx4n+3=604n+3m(n=0,1,2,…),因P、Q两点的平衡位置相距15m(小于一个波长),所以λ=20m;答案2.511.如图所示,A、B是一列简谐横波中的两质点。某时刻,A正处于正向最大位移处,另一点B恰好通过平衡位置向-y方向振动。已知A、B的横坐标分别为xA=0、xB=70m,并且波长λ符合不等式:20m<λ<80m。求波长。解析本题考查波传播的双向性和空间的周期性,若无限制,则A、B之间平衡位置的距离70m=nλ+Δx,其中Δx小于λ。由某时刻A、B的位置及振动方向可以判断,Δx应为λ4或若Δx=λ4,则可写出通式xB-xA=n+14λ,得70m=4n+14λ,所以波长通式为λ=4×7