浙江专版2023_2024学年新教材高中物理第3章机械波3波的反射折射和衍射训练提升新人教版选择性必修第一册

3　波的反射、折射和衍射

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则 (　　)

A.2与1的波长、频率相等,波速不等

B.2与1的波速、频率相等,波长不等

C.3与1的波速、频率、波长均相等

D.3与1的频率相等,波速、波长均不等

答案D

解析波发生反射时,在同一种介质中运动,因此波长、波速和频率不变,故选项A、B错误;波发生折射时,频率不变,波速变,波长变,故选项C错误,D正确。

2.声波能绕过某一建筑物传播而光却不能绕过该建筑物,这是因为(　　)

A.声波是纵波,光是横波

B.声波振幅大,光振幅小

C.声波波长较长,光波长很短

D.声波波速较小,光速很大

答案C

解析波发生明显衍射现象的条件是孔缝的宽度或障碍物尺寸与波长相比差不多或比波长更小。由于声波的波长比较长,而可见光的波长很短,故声波可发生明显的衍射现象而光无法发生明显的衍射现象,故只有选项C正确。

3.已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波:①周期为0.05 s,②频率为104 Hz,③波长为10 m。它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物,能产生明显的衍射现象的是              (　　)

A.①和② B.②和③

C.①和③ D.都可以

答案C

解析由公式v=,得周期为0.05s的声波的波长为λ1=vT=340×0.05m=17m,故①能产生明显的衍射现象;由公式v=λf得频率为104Hz的声波的波长为λ2=m=0.034m,故②不能产生明显的衍射现象;波长为10m的声波,障碍物宽度与该声波波长相差不大,故③能产生明显的衍射现象。故选项C正确,A、B、D错误。

4.音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部,但是它又有不利的一面,对于音箱发出的声音来说,布网就成了障碍物,它阻碍了声音的传播,造成了声音失真,有的生产厂家就把装饰布网安装了子母扣,这样听音乐时就可以把布网卸下来,从而获得高保真的听觉效果。听同样的音乐不卸下布网和卸下布网相比较,你认为声音损失掉的主要是(　　)

A.高频部分 B.低频部分

C.中频部分 D.不能确定

答案A

解析由v=λf知,波速一定时,频率越高、波长越小。波长越小,越不易发生衍射现象,故不卸布网损失掉的主要是高频部分,所以选项A正确。

5.如图所示,图中O点是水面上一波源,实线、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷,AB是挡板,CD是小孔,经过一段时间,水面上的波形将分布于(　　)

A.整个区域

B.阴影Ⅰ以外区域

C.阴影Ⅱ以外区域

D.上述答案均不对

答案B

解析从题图中可以看出挡板比水波波长大得多,因此波不会绕过挡板,而小孔的大小与波长差不多,能发生明显的衍射现象,故选项B正确。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

6.下列属于明显衍射现象的是(　　)

A.隔墙有耳

B.池中假山前有水波,假山后无水波

C.河中芦苇后面没有留下无波的区域

D.在大山前喊话,多次听到自己的声音

答案AC

解析假山前有波,假山后无波,说明波没有绕过障碍物,因此不属于明显衍射现象,选项B不正确。对着大山喊话,多次听到自己的声音是波的反射现象,选项D不正确。

7.如图所示,S是波源,M、N是两块挡板,其中M板固定,N板可左右自由移动,两板中间有一狭缝,此时测得A点无明显振动,为使A点能发生明显振动,下列采取的办法可行的是(　　)

A.增大波源振动频率

B.减小波源振动频率

C.将N板向右移

D.将N板向左移

答案BD

解析波在某种介质中传播,波速一定,由λ=可知,要调整波长可改变波的频率,只有发生明显衍射,A处才能有明显的振动。根据发生明显衍射的条件,可知选项B、D正确。

三、非选择题

8.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼,两船相距24 m。有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动20次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有5个波峰。

(1)此水波的波长为多少?波速为多少?

(2)若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆,是否会发生明显的衍射现象?

(3)若该波经过一跨度为30 m的桥洞,桥墩直径为3 m,桥墩处能否看到明显衍射现象?

(4)若该桥为一3 m宽的涵洞,洞后能否发生明显衍射?

答案(1) m　 m/s

(2)会

(3)能

(4)能

解析(1)由题意知,周期T=s=3s

设波长为λ,则5λ+=24m,λ=m

由v=得,v=m/s=m/s。

(2)由于λ=m,大于竖立电线杆的直径,所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。

(3)、(4)由于λ=m>3m,所以此波无论是通过直径为3m的桥墩,还是通过宽为3m的涵洞,都能发生明显的衍射现象。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.如图所示,P为桥墩,A为靠近桥墩漂浮的叶片,波源S连续振动,形成水波,此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动,可用的方法是(　　)

A.提高波源频率

B.提高波源周期

C.减小波源距桥墩的距离

D.增加波源距桥墩的距离

答案B

解析为使水波能带动叶片振动,需水波能发生明显衍射,即增加水波的波长,根据λ=vT=可知,在波速不变的情况下可增加水波的周期或者减小频率,故选项B正确。

2.右图是利用发波水槽观察到的水波衍射图像,从图像可知(　　)

A.B侧波是衍射波

B.A侧波速与B侧波速相等

C.减小挡板间距,衍射波的波长将减小

D.增大挡板间距,衍射现象将更明显

答案B

解析小孔是衍射波的波源,A侧是衍射波,故选项A错误;在同一种介质中,波速相等,故选项B正确;根据波速、波长和频率的关系式v=λf,由于波速和频率不变,故波长不变,故选项C错误;波长越长越容易发生衍射现象,与波的频率和振幅没有关系,在波长无法改变的情况下减小挡板间距,衍射现象更明显,故选项D错误。

3.在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN,墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点,在此过程中,如果从声波的衍射来考虑,则会听到(　　)

A.声音变响,男声比女声更响

B.声音变响,女声比男声更响

C.声音变弱,男声比女声更弱

D.声音变弱,女声比男声更弱

答案D

解析男声的频率比女声的频率低,波长大,更易衍射。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.下列关于波的衍射的说法正确的是(　　)

A.衍射是一切波特有的现象

B.对同一列波,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时,衍射现象明显

C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象

D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大

答案ABD

解析衍射是一切波特有的现象,所以选项A正确,C错误;发生明显的衍射现象是有条件的,只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象,所以选项B正确;声波的波长在1.7cm到17m之间,一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比,正是由于声波波长较大,声波容易发生衍射现象,所以选项D正确。

5.如图所示,一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m,在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播,下列说法正确的是(　　)

A.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响

B.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响

C.假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响

D.假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响

答案AD

解析A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射,波浪能传播到A、B处的结果,当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候,会发生明显的衍射现象。

6.如图所示,沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形为一正弦曲线,其波速为200 m/s,下列说法正确的是              (　　)

A.从图示时刻开始,质点b比质点a先到平衡位置

B.从图示时刻开始,经过0.01 s质点a通过的路程为0.4 m

C.在x=2 000 m处接收到的波的频率将小于50 Hz

D.若该波传播中遇到宽3 m的障碍物能发生明显的衍射现象

答案BD

解析波沿x轴正方向传播,此时a向下振动,b向下振动,a比b先到平衡位置,选项A错误;由题图可知波长为4m,周期为T==0.02s,0.01s时间内质点a 通过的路程为2A=40cm,选项B正确;该波的频率为50Hz,在波的传播方向上各质点振动周期与波源相同,选项C错误;当障碍物的尺寸比波长小时能发生明显的衍射现象,选项D正确。

三、非选择题

7.已知某简谐横波频率为1.0×105 Hz,某时刻该波在介质中传播的波形如图所示。

(1)从该时刻开始计时,画出x=7.5×10-3 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)。

(2)现测得该波从波源到障碍物往返一次所用时间为4 s,求波源与障碍物间的距离。

答案(1)见解析

(2)3 000 m

解析(1)如图所示。

(2)由波形读出波长λ=15×10-3m,由波速公式得v=fλ

波源与障碍物间的距离为x=vt

联立两式,代入数据得x=3000m。

8.“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。右图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图。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,可表述为(式中θ1是入射角,θ2是折射角,v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度),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v2=0.9v1,入射点与出射点之间的距离是d,入射角是i,肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行。求肿瘤离肝表面的深度h为多少?

答案

解析超声波沿如图所示的路线传播,根据,又因为v2=0.9v1,所以sinθ=0.9sini。

又因为在直角三角形中,sinθ=

所以h=。