物理人教版 (2019)3 波的反射、折射和衍射复习练习题

第三章  机械波

3  波的反射、折射和衍射

【基础巩固】

1.下列现象属于波反射现象的是 (    )

A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况

B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质,是为了减少声波的反射,从而达到隐形的目的

C.水波绕过水中的芦苇秆传播

D.在水里的人能听到岸上的声音

解析:声呐应用了波的反射现象,选项A正确.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质,是为了减少电磁波的反射,选项B错误.水波绕过水中的芦苇秆传播属于衍射现象,选项C错误.波在不同介质中传播是折射现象,选项D错误.

答案:A

2.人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音,人要能听到自己讲话的回声,离障碍物的距离至少要大于(v声=340 m/s)(    )

A.34 m B.17 m C.100 m D.170 m

解析:声波在空气中传播的速度约为340 m/s,因此2s=vt,s==17 m,选项B正确.

答案:B

3.当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340 m/s,则这个山谷的宽度约为              (    )

A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m

解析:声波从发出到从右边山坡反射回来所用时间为 t1=0.5 s,声波从发出到从左边山坡反射回来所用的时间为t2=2 s.山谷的宽度s=v(t1+t2)=×340×

2.5 m=425 m,选项C正确.

答案:C

4.(多选)下列说法正确的是 (    )

A.波发生反射时,波的频率不变,波速变小,波长变短

B.波发生反射时,波的频率、波长、波速均不变

C.波发生折射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化

D.波发生折射时,波的频率、波长、波速均发生变化

解析:波发生反射时,波在同一种介质中传播,频率、波长和波速均不变,选项A错误,选项B正确;波发生折射时,波从一种介质进入另一种介质,波速发生变化,波的频率由波源决定,所以波的频率不变,由公式v=λf 可知,波长和波速发生变化,选项C正确,选项D错误.

答案:BC

5.一列声波从空气传入水中,已知水中声速较大,则 (    )

A.声波频率不变,波长变小 B.声波频率不变,波长变大

C.声波频率变小,波长变大 D.声波频率变大,波长不变

解析:波的频率由波源决定,因此波无论在空气中还是在水中频率都不变,故选项C、D错误;又因为波在水中的传播速度较大,由公式v=λf可得,波在水中的波长较大,故选项A错误,选项B正确.

答案:B

6.(多选)下列关于波的衍射的说法正确的是 (    )

A.波的衍射现象必须具备一定的条件才能发生,否则不可能发生衍射现象

B.要观察到水波明显的衍射现象,必须使狭缝的宽度远大于水波波长

C.声波容易发生明显衍射现象是因为声波波长较大

D.缝、孔的宽度或障碍物的尺寸与波长相差不多时,衍射现象明显

解析:衍射是波特有的现象,任何波都会发生衍射现象,只不过存在明显与不明显的差别而已,只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才会观察到明显的衍射现象,选项A、B错误,选项D正确.通常的声波的波长在1.7 cm到17 m之间,一般常见的障碍物或孔的大小可与之相当,正是由于声波波长较长,声波容易发生衍射现象,选项C正确.

答案:CD

7.蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官,一只蝙蝠以 6.0 m/s的速度垂直向墙飞行,且发出f=4.5×104 Hz 的超声波,并经0.01 s接收到回声.若声速是340 m/s,则蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长是多少?

解析:蝙蝠发射超声波时离墙的距离

s=(v+v')t=×(340+6)×0.01 m=1.73 m,

由v=λf得蝙蝠所发出的超声波的波长

λ== m=7.56×10-3 m.

答案:1.73 m　7.56×10-3 m

8.一列声波在空气中的波长为25 cm,速度为340 m/s,当其发生折射进入另一种介质时,波长变为 80 cm.求:

(1)声波在这种介质中的频率;

(2)声波在这种介质中的传播速度.

解析:(1)声波由空气进入另一种介质时,频率不变,由v=λf 得

f== Hz=1 360 Hz.

(2)因为发生折射时,波的频率不变,

所以由v=λf知

=,

解得v'=v=×340 m/s=1 088 m/s.

答案:(1)1 360 Hz　(2)1 088 m/s

【拓展提高】

9.一列波在传播过程中通过一个障碍物,发生了一定程度的衍射,下列情况下衍射现象更明显的是              (    )

A.增大障碍物的尺寸,同时增大波的频率

B.增大障碍物的尺寸,同时减小波的频率

C.缩小障碍物的尺寸,同时增大波的频率

D.缩小障碍物的尺寸,同时减小波的频率

解析:由v=λf可知,当波速一定时,若减小频率,则波长增大,而发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波长相差不多,所以缩小障碍物的尺寸,同时减小波的频率会使衍射现象更明显,选项D正确.

答案:D

10.同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播,某时刻的波形曲线如图所示.下列说法正确的是(    )

A.声波在水中波长较大,b是水中声波的波形曲线

B.声波在空气中波长较大,b是空气中声波的波形曲线

C.水中质点振动频率较高,a是水中声波的波形曲线

D.空气中质点振动频率较高,a是空气中声波的波形曲线

解析:同一声波在水和空气中频率相同,而在水中波速大,由v=λf可知,在水中波长大,故选项A正确.

答案:A

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

A.声音变响亮,男声比女声更响

B.声音变响亮,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

解析:一般情况下,男声频率较低,在空气中的波长较长,女声频率较高,在空气中的波长较短,所以男声比女声更容易发生衍射,故选项D正确.

答案:D

12.天空有近似等高的浓云层.为了测量云层的高度,在地面上与观测者的水平距离为d=3.0 km处进行一次爆炸,观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt=6.0 s.试估算云层下表面的高度.已知空气中的声速v= km/s.

解析:设云层下表面的高度为h,由题意画出声音的传播过程图如图所示.

由云层反射来的爆炸声的传播距离为

x=2,

传播时间为t1=,

爆炸声由空气直接传来所用的时间t2=,

则t1-t2=Δt,

联立以上各式得h=2 km.

答案:2 km

13.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m.当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时,波长变为0.6 m,如图所示.介质Ⅰ中的声速为340 m/s.

(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率.

(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度.

(3)若另一种机械波在介质Ⅱ中的传播速度为1 400 m/s,按图中的方向从介质Ⅰ传入介质Ⅱ中,求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比.

解析:(1)声波在介质Ⅰ中传播时,由v=λf得

f== Hz=1 700 Hz,

由于同一声波在不同介质中传播时,频率不变,声波在介质Ⅱ中传播时,频率为1 700 Hz.

(2)由v=λf可得声波在介质Ⅱ中的传播速度

v2=λ2f=0.6×1 700 m/s=1 020 m/s.

(3)波由介质Ⅰ传入介质Ⅱ的过程中,频率不变,故波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比为1∶1.

答案:(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)1∶1

14.已知空气中的声速为340 m/s,现有以下三种声波:①周期为 s的声波;②频率为30 Hz的声波;③波长为10 m 的声波.它们传播时遇到宽度均为9.5 m的障碍物,哪种波能发生明显的衍射现象?

解析:由v=可知,λ=vT=.

①当波的周期为T= s时,

解得λ1=17 m;

②当波的频率为30 Hz时,

解得λ2=11.3 m;

③λ3=10 m;

因为障碍物宽度d=9.5 m,比三种波的波长都小,所以三种波都可以发生明显的衍射现象.

答案:①②③三种波都可以发生明显的衍射现象.

【挑战创新】

15.如图所示,图中O点是水面上的一个波源,其周围的实线、虚线分别表示该时刻水波的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔,经过一段时间,水面上的区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,哪些区域有波形分布?

解析:从题图中可以看出挡板A的宽度比波长大得多,因此波不会绕过挡板A;小孔B的大小与波长差不多,能发生明显的衍射现象,故水面上的波形将分布于阴影Ⅰ以外的区域.

答案:区域Ⅱ、Ⅲ有波形分布.