人教版 (2019)5 多普勒效应精品测试题

3.5多普勒效应人教版（  2019）高中物理选择性必修一同步练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1. 有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的应是(    )

A. 声波的干涉现象 B. 声波的衍射现象
C. 声波的多普勒效应 D. 声波的反射现象

2. 在某种介质中，一列沿轴传播的简谐横波在时刻的波形图如图所示，此时质点在波峰位置，质点刚要开始振动，质点的振动图像如图所示；时刻在点有一台机械波信号接收器图中未画出，正以的速度沿轴正向匀速运动。下列说法正确的是(    )

A. 质点的起振方向沿轴负方向
B. 时质点回到平衡位置
C. 信号接收器接收到该机械波的频率为
D. 若改变振源的振动频率，则形成的机械波在该介质中的传播速度也将发生改变

3. 在某种介质中，一列沿轴传播的简谐横波在时刻的波形图如图所示，此时质点在波峰位置，质点刚要开始振动，质点的振动图像如图所示；时刻在点有一台机械波信号接收器图中未画出，正以的速度沿轴正向匀速运动．下列说法正确的是  (    )

A. 质点的起振方向沿轴负方向
B. 时质点回到平衡位置
C. 信号接收器接收到该机械波的频率为
D. 若改变振源的振动频率，则形成的机械波在该介质中的传播速度也将发生改变

4. 两列机械波在同种介质中相向而行，、为两列波的波源，以、连线的中垂线为轴建立如图所示的坐标系，、的坐标如图所示。某时刻的波形如图所示。已知波的传播速度为，点有一个观察者，下列判断正确的是(    )

A. 两波源、的起振方向相同
B. 经过足够长的时间的振幅为
C. 波源产生的波比波源产生的波更容易发生衍射现象
D. 当观察者以的速度向点运动时，观察者接收到波的频率为

5. “超”可用于探测人体内脏的病变状况．超声波从某肿瘤患者的肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出，示意图如图所示．超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似．可表示为式中是入射角，是折射角，、分别是超声波在肝外和肝内的折射率，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同．已知，超声波在肝内的传播速度为，入射角为，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，肝脏表面入射点到出射点之间的距离为，则超声波在肝内的传播时间为(    )

A.  B.  C.  D.

6. 年月日人类第一次发布了世界上首张黑洞图像，利用了射电望远镜对电磁波的捕捉。下列关于波的说法，正确的是

A. 两列波叠加一定会出现稳定的干涉图样
B. 在干涉图样中，振动加强区域的质点的位移一定大于振动减弱区域质点的位移
C. 当波源远离接收者时，观察者接收到的波的频率比波源频率低
D. 只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多，波才能发生衍射

7. 如图所示，坐标原点处有一周期为的振源，发出一列沿轴正方向传播的简谐横波，时的波动图像如图所示，下列说法正确的是(    )

A. 再过一个周期处的质点将运动到处
B. 图示时刻：处质点的速度方向为轴正方向
C. 一观察者从处沿轴向坐标原点运动时，接收到该波的频率为
D. 该波在传播过程中遇到尺寸为的障碍物会发生明显的衍射现象

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

8. 多选关于机械波的现象及应用，下列说法正确的是(    )

A. 医生利用“彩超”测量病人血管内的血流速度，利用了超声波的多普勒效应
B. 海豚有完善的“声呐”系统，通过发射和接收超声波，可以在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置
C. “闻其声而不见其人”说明对于细小的缝隙，声波能发生明显的干涉现象而光波不能
D. 向水池扔小石子产生水波，水面上的树叶上下荡漾，并没有运动到远处，说明横波中质点不随波迁移
E. 游泳时耳朵在水中听到的音乐的音调与在岸上听到的是一样的，说明声波从空气传入水中的过程不会发生折射现象

9. 下列说法正确的是(    )

A. 单摆振动的周期，一定等于它的固有周期
B. 竖直的弹簧振子的回复力，由弹簧的弹力提供
C. 发生多普勒效应时，波源发出的波的频率并没有发生变化
D. 在干涉现象中，振动加强点的位移可能比振动减弱点的位移小
E. 机械波从一种介质进入另一种介质，如果波速变大，波长一定变大

10. 如图所示，小球一边贴着水面每秒振动次，一边沿轴正方向匀速移动。处是它的初始位置。图示为恰经个周期时观察到的水面波。则下列说法正确的是(    )

A. 位于轴正方向一侧的观测者，接收频率大于
B. 位于轴负方向一侧的观测者，接收频率大于
C. 水面波的传播速度是，小球匀速移动的速度是
D. 水面波的传播速度是，小球匀速移动的速度是

11. 在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(    )

A. 雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B. 超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化
C. 观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低
D. 同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
E. 天文学上观察到双星相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星光谱随时间的周期性变化

第II卷（非选择题）

三、计算题（本大题共4小题，共40.0分）

12.      【物理选修】分

分一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻刚好传到点，且点在波峰，、、也是波上质点，波形如图所示；质点的振动图像如图所示。在轴正方向有一能接收简谐横波信号的接收器图中未画出以的速度向轴正方向运动。下列说法正确的是_______。填正确答案标号。选对个得分，选对个得分，选对个得分，每选错个扣分，最低得分分。(    )

A.波速是

B.时刻，点在波谷

C.、两点振动的相位差是

D.简谐横波波源起振方向沿轴负方向

E.接收器接收到的波的频率比波源振动频率小

分如图所示，为某种透光均匀介质的截面，，，，，。宽度为的一束单色平行光从面垂直入射，射到面的光刚好能够发生全反射。求：

(ⅰ)介质的折射率；

(ⅱ)能从面射出的光对应的入射光在面上的宽度。

13. 在公路旁，我们会发现，开着警报声的警车快速接近时，我们听到的声音会比平常更刺耳音调更高，经过我们身旁时听出声音在变化音调由高变低的变化，这种现象属于物理学中的多普勒效应。如果把声源视为有规律间隔发射一个一个的声脉冲，可以想象若你在向声源靠近时，会发现你所接收到的每一个声脉冲都比你站立不动时更近了，时间间隔会变小，即接收到声脉冲频率比平常变高，反之远离时比平常变低了。现在为了解释此现象我们来回答下列问题：
    如图所示，声源如鸣笛的“警车”沿轴正方向运动，相对于地面的速率为，空气中声音传播的速率为，空气相对于地面没有流动。若声源相继发出两个声信号，时间间隔为，根据发出的这两个声信号从声源传播到静止的观察者如你的过程，求观察者接收到这两个声信号的时间间隔。假设观察者两次听到的声音都是从同一侧而来的
     
14. 声源和观察者都沿轴正方向运动，相对于地面的速率分别为和，空气中声音传播的速率为，设，，空气相对于地面没有流动。若声源相继发出两个声信号，时间间隔为，请根据发出的这两个声信号从声源传播到观察者的过程，确定观察者接收到这两个声信号的时间间隔。假设两次听到声音的位置都在声源同一侧
15. 下图是在公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号。根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。测速仪发出第一个信号到接收到第一个信号的时间间隔为，测速仪发出第二个信号到接收到第二个信号的时间间隔为，测速仪发出这两个信号时刻的时间间隔，超声波在空气中传播的速度是，若汽车是匀速运动的．
    
    求：第一个信号碰到车时到第二个信号碰到车时，车前进的距离；

汽车的速度大小。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】

【分析】当声源离观本题考查了多普勒效应，记住“高亢表示靠近，低沉表示远离”的结论即可，基础题。测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。

【解答】解：当听到的声音音调变低，说明接收到的声音的频率变小，表明火车离他远去，当听到的声音音调变高，说明接收到的声音的频率变大，则火车向着他驶来，利用声波的多普勒效应，故C正确，ABD错误；

故选：。

2.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查了波动图像和振动图像以及多普勒效应，根据质点的振动图像，结合波动图像判断波传播的方向，由波动图像得到波长，由振动图像得到周期，由此进行分析解答。
解决本题的关键是掌握多普勒效应，看懂波动图像和振动图像，由此进行分析解答。
【解答】
A.由波动图像可知，在时刻，质点在平衡位置，由振动图像可知，从开始质点由平衡位置沿轴负方向振动，所以该波沿轴正方向传播，由波的平移法可知质点的起振方向沿轴正方向，故A错误；
B.由振动图像可知，波的周期为，且波沿轴正方向传播，所以经时，质点不会回到平衡位置，故B错误；
C.由波动图像可知波长为：，由振动图像可知周期为：，则波速为：，且沿轴正方向传播，由于信号接收器正以的速度沿轴正向匀速运动，则两者的相对速度为：，则信号接收器接受到的周期为：，其接受到的频率为：，故C正确；
D.机械波在介质中传播的速度由介质本身决定，与振源的振动频率无关，故D错误。  

3.【答案】 

【解析】

【分析】
由图读出波长，由图读出周期，即可求出波速；
根据波形平移法分析点起振方向以及时刻点的振动方向，根据时间与周期的关系分析时点的位置；
根据接收器与波源间距离的变化分析接收器接收到的波的频率与波源振动频率的大小关系。
解决该题需要掌握用同侧法分析质点的振动方向，熟记波速与周期、频率的关系式，知道影响机械波传播速度的因素是介质。
【解答】
A、简谐横波沿轴正方向传播，根据同侧法可知时刻点起振方向沿轴正方向，故A错误；
B、由图读出波长为，由图读出周期为，则波速为，波传播的距离为：，根据平移法可知，点左边最近的波峰坐标传播到点，所以时质点回到波峰，故B错误；
C、波源的频率为，接收器以的速度向轴正方向运动，单位时间内接收到的波的个数为：，所以信号接收器接收到该机械波的频率为，故C正确；
D、因为影响机械波的传播速度的因素是介质，改变振源的频率，不会影响机械波在介质中的传播速度，故D错误。
故选：。  

4.【答案】 

【解析】

【分析】
波传播的路径上所有点的起振方向与波的起振方向相同；
两列波相遇时，频率相同会发生干涉，如果相位差是的偶数倍，则振动加强，相位差是的奇数倍，则振动减弱；波长越大，衍射现象越明显；根据多普勒效应分析频率的变化。
【解答】

A.由图像可知，波源起振方向沿轴负方向；而波源的起振方向沿轴正方向，起振方向相反，故A错误；

B.两列波在同一介质中，波速相同，而两列波的波长均为，所以周期相同，故两列波相遇后会发生稳定的干涉，从图中所示时刻开始计时，两列波到点的波程差为，等于半波长的奇数倍，又因为两列波的起振方向相反，故点是振动加强点，因此经过足够长的时间的振幅为，故B错误；

C.两列波的波长均为，产生明显衍射条件相同，故C错误；

D.当观察者以的速度向点运动时，观察到的波速为，根据可得观察者接收到波的频率，故D正确。
故选D。

5.【答案】 

【解析】

【分析】
本题实质上考查了光的折射、反射的应用，根据题意正确画出超声波折射的线路图，依据几何关系以及折射定律即可求解．
本题考查角度新颖，有创新性，解答这类问题的关键是正确画出“光路图”，然后根据几何关系求解．
【解答】
已知入射角为，设折射角为，如图，

根据题意有：
根据几何关系可知
传播时间
联立代入数据解得：
故A正确，BCD错误。  

6.【答案】 

【解析】

【试题解析】
【分析】
本题考查了光的干涉条件，明显衍射现象的条件，注意干涉中的加强质点的位移变化．日常生活火车进站或出站，能发现多普勒效应的现象；在波的叠加过程中，当振动方向相同时，质点就振动加强，当振动方向相反时，质点就处于振动减弱，注意明显衍射现象与衍射的现象的区别。
频率相同波才能发生干涉，一切波均能发生衍射现象，明显的衍射现象有条件：障碍物的尺寸与波长比较相差不多或小得多；
当波源远离接收者时，接收者接收到的波的频率比波源频率低，当波源靠近接收者时，接收者接收到的波的频率比波源频率高；
干涉与衍射是波特有的现象，干涉图样中加强点的位移时而最大时而最小；
波的衍射则是能绕过障碍物继续向前传播的现象，产生明显衍射现象的条件是：孔或障碍物的尺寸比波长要小得多或相差不大。
【解答】
A.只有频率相同时，才能发生稳定的干涉现象，故A错误；
B.干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移时大时小；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小，故B错误；
C.根据多普勒效应可知，当波源远离接收者时，接收者接收到的波的频率比波源频率低，故C正确；
D.如障碍物的尺寸大于波长，也会发生衍射，但衍射不明显，故D错误。
故选C。  

7.【答案】 

【解析】分析：
根据简谐振动特点，多普勒效应、发生明显的衍射现象条件分析即可，基础题。
解答：
A、机械振动中质点在平衡位置上下振动，并不随波向右传播，故A错误；
B、根据波向轴正方向传播和波的平移法可知图示时刻处质点的速度方向为轴正方向，故B正确；
C、由题可知波的频率，根据多普勒效应可知当一观察者从处沿轴向坐标原点运动时，接收到该波的频率大于，故C错误；
D、当障碍物尺度小于等于波长时会发生明显的衍射现象，此波波长，故该波在传播过程中遇到尺寸为的障碍物时不会发生明显的衍射现象，故D错误；
故选B。
 

8.【答案】 

【解析】医生利用仪器向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率，与原超声波频率对比，计算就能知道血流的速度，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变，这是利用了声波的多普勒效应，A正确；海豚有完善的“声呐”系统，通过发射和接收超声波，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置，B正确；“闻其声而不见其人”是因为声波波长跟一般障碍物的尺寸相比较大，发生了明显的衍射现象，而光波波长跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以通常的情况下看不到光的衍射，C错误；横波中质点不随波迁移，D正确；游泳时耳朵在水中听到的音乐的音调与在岸上听到的是一样的，说明声波从空气传入水中的过程频率不变，不能证明没有发生折射现象，E错误．
 

9.【答案】 

【解析】

【分析】本题考查的知识点比较杂，重点是掌握各种物理现象发生的原理即可顺利解决此类题目，单摆振动应分清是自由振动，还是受迫振动。单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期等于驱动力周期，与固有周期无关。

在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的振幅要大。

受迫振动的频率有驱动力的频率决；根据发生明显衍射的条件分析。

【解答】解：、单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期等于驱动力周期，与固有周期无关，故A错误。

B、竖直的弹簧振子的回复力，由重力和弹簧的弹力共同提供，故B错误。

C、根据多普勒效应，当声源接近接收器时接收到的频率变高，但波源发出的波的频率不变，故C正确。

D、在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的振幅要大，位移可能比减弱点的位移小，故D正确。

E、机械波从一种介质进入另一种介质，频率不变，如果波速变大，波长一定变大，故E正确。

故选：。

10.【答案】 

【解析】小球每秒振动次，所以波的频率为，小球沿轴正方向匀速移动，根据多普勒效应规律可知，位于轴正方向一侧的观测者，接收频率大于，位于轴负方向一侧的观测者，接收频率小于，故A正确，B错误；
小球的振动周期为，小球振动个周期所用的时间为，小球的速度为，水面波的传播速度为，故C正确，D错误。
故选AC。
 

11.【答案】 

【解析】

【分析】
多普勒效应是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者接受到的频率不同于振源频率的现象，据此判断即可。
本题考查的是多普勒效应在实际生活中的应用，能够很好地体现物理就在身边，物理与生活中的一些现象息息相关的新课改理念，是一道非常好的试题。
【解答】
A、发生雷电时，人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离是通过光速远大于声速，用这个时间间隔乘声速来估算的，故它不属于多普勒效应的应用，故A错误；
B、医生向人体内发射频率已知的超声波，根据接收到的被血管中的血流反射后的超声波的频率变化，判断血流的速度是否正常，属于声波多普勒效应的应用，故B正确；
C、根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到的频率比波源频率高；当波源和观察者距变大，观察者接收到的频率比波源频率低，因此观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低，属于多普勒效应，故C正确；
D、同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同，是由于介质折射率不同导致的，与多普勒效应无关，故D错误；
E、天文学上观察到双星相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星光谱随时间的周期性变化，可通过接收的光频率变化来判定双星运动情况，属于光波的多普勒效应的原理应用，故E正确。  

12.【答案】
解：射到面的光刚好能发生全反射的临界角为，如图所示：
由于，所以法线，，则
根据，解得：；
经过分析可知只有经过面反射后再经过面反射的光线才能从面出射，临界情况是经面反射的光线刚好经过点，如图所示：

根据几何关系可得能从面射出的光对应的入射光在面上的宽度为的长度，
又
故 

【解析】

【分析】
通过波形图得出波长，通过振动图象得出周期，利用周期和波速以及波长之间的关系即可解答。
本题意在考查对机械波等所学知识的识记能力和综合应用能力，及熟记和理解基础知识是解答此题的关键。
【解答】
A.根据图可知波的周期是，根据图可知波的波长是，故波速为，故A正确；
B.根据图可知波的周期是，则时刻，点在时运动了，不在波谷，故B错误；
C.根据图可知、两点振动的相位差是，故C正确；
D.根据图可知波的时刻刚好传到点，波是向右传播，简谐横波波源起振方向应沿轴正方向，故D错误；
E.由于接收器图中未画出以的速度向轴正方向运动远离波源，故接收器接收到的波的频率比波源振动频率小，故E正确。
故选ACE。

【分析】
本题意在考查对全反射所学知识的识记能力和综合应用能力，及熟记和理解基础知识是解答此题的关键。
根据全反射的临界角可解；
画出光路图，根据几何关系可解。  

13.【答案】解：

设声源第一次发出声信号时与观察者的距离为，

如图分析，声源第一次发出声信号到观察第一次收到声信号用时：

经，声源运动了

接着声源第二次发出声信号到观察第二次收到声信号用时：

发现，与无关，

根据时间关系可得：或  

解得

【解析】两个声信号从声源传播到观察者的过程，由于频率发生变化，导致速度也变化，所以时间也会变化
多普勒效应是波特有的现象，在传播时可当作质点来处理
 

14.【答案】解：设、为声源发出两个信号的时刻，、为观察者接收到两个信号的时刻。

则第一个信号经过时间被观察者接收到，第二个信号经过时间被观察者接收到，且，。

设声源发出第一个信号时，、两点间的距离为，
当在前面时两个声信号从声源传播到观察者的过程中，它们运动的距离关系如图所示，
可得：，，
   
由以上各式，得，
同理可得：当在前面时，，
解得。

【解析】两个声信号从声源传播到观察者的过程，由于频率发生变化，导致速度也变化，所以时间也会变化；当观察者与波源的距离发生变化时，接收频率与发射频率出现不等现象．
 

15.【答案】解：由题意可知，零时刻发出第一次超声波，经过秒接收到
则汽车距离发射源的距离为
从秒时刻发出第二次超声波，经过秒接收到
则汽车距离发射源的距离为
因此第一个信号碰到车时到第二个信号碰到车的时间内前进的距离为；
汽车从第一次接收到信号到第二次接收到信号时间为：
则汽车的速度。 

【解析】由题意可知，第一、二次发射与接收时间，即超声波由发出到接收所需要的时间，从而可以求出超声波前后两次从测速仪传到汽车所用的时间，结合声速，进而可以求出第一个信号碰到车时到第二个信号碰到车的时间内，车前进的距离；
由于汽车背着测速仪方向运动，所以两者之间的距离在增加，汽车前后两次到测速仪之间的距离之差即为汽车前进的路程，由于两次超声波发出的时间间隔为秒．汽车运动的时间为从第一次与超声波相遇开始，到第二次与超声波相遇结束．求出这个时间，就是汽车从第一次接收到信号到第二次接收到信号的时间，根据汽车运动的距离和时间，即可求出汽车的运动速度。
汽车在接收到信号之间的距离，要通过其与测速仪之间的距离的变化求出；如何确定汽车运动的时间，是此题的难点。两次信号的时间间隔虽然是秒，但汽车在接收到两次信号时其其通过的路程所对应的时间不是秒。要从第一次接收到超声波的信号开始计时，到第二次接收到超声波的信号结束，由此来确定其运动时间．通过的路程与通过这段路程所用的时间对应上是解决此题关键。