2022-2022学年高中物理第十二章机械波5多普勒效应课后检测含解析新人教版选修3-4.doc

5 多普勒效应 6惠更斯原理
记一记
多普勒效应 惠更斯原理知识体系
3个概念——多普勒效应、波面和波线
1个原理——惠更斯原理
辨一辨
1.发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化．(×)
2．当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应．(×)
3．利用超声波的多普勒效应可以测车辆速度．(√)
4．人们可以根据接收到太阳光的频率变小判断太阳离地球远去．(√)
5．在医学上，医生根据超声波的多普勒效应测量血流速度．(√)
6．波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化．(×)
7．波的折射现象和反射现象都可以用惠更斯原理解释．(√)
想一想
1.炮弹由远处飞来从头顶吼叫而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变化？为什么？
提示：波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，频率的变化会引起音调的变化，由于炮弹离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低．
2．人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？
提示：在耳廓原有形状、面积的根底上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵的接收能力．
3．对着山崖或高墙说话时，能听到回声；夏日的雷声在云层间轰鸣不绝，你知道这是怎么回事吗？
提示：这两种现象都是由于声波的反射造成的．
思考感悟：　
　练一练
1.关于多普勒效应，以下说法中正确的选项是(　　)
A．发生多普勒效应时，波源频率发生了变化
B．要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化
C．火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高
D．只有声波才能发生多普勒效应
解析：发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两者间距发生变化才造成听起来频率变化，A项错误，B项正确；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一定比波源频率高．当波源和观察者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，C项错误；所有波都能发生多普勒效应，D项错误．
答案：B
2．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象，正确的选项是(　　)
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项正确．
答案：D
3．(多项选择)以下说法正确的选项是(　　)
A．波线表示波的传播方向
B．波面表示波的传播方向
C．只有横波才有波面
D．波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面
解析：波线表示波的传播方向，故A项正确，B项错误；所有的波都具有波面，故C项错误；由惠更斯原理可知，D项正确．
答案：AD
4．关于波的反射与折射，以下说法正确的选项是(　　)
A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变
B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变
C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变
D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变
解析：入射波与反射波在同种介质中波速相同，频率由波源决定，频率相同，由v＝λf知波长相同，A项正确，B项错误；因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比拟，C、D两项错误．
答案：A
5．(多项选择)以下关于波的认识，正确的选项是(　　)
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外表涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而到达隐形的目的
C．雷达的工作原理是利用波的干预
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
解析：潜艇探测周围物体利用了反射原理，A项正确；隐形飞机可以减少波的反射，B项正确；雷达工作原理利用了波的反射，C项错误；水波的传播方向发生变化，属于波的折射，D项正确．
答案：ABD
要点一 多普勒效应
1.(多项选择)以下哪些现象是多普勒效应(　　)
A．远去的汽车声音越来越小
B．炮弹迎面飞来，声音刺耳
C．火车向你驶来时，音调变高；离你而去时，音调变低
D．大风中，远处人的说话声时强时弱
解析：A项和D项中所说的现象是能量传递的问题，不是多普勒效应．B、C两项所发生的现象是多普勒效应．
答案：BC
2．(多项选择)以下说法中正确的选项是(　　)
A．根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源
B．惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播
C．假设知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理就可以确定波的传播方向
D．惠更斯原理不但可以解释波的直线传播，还可以解释波的反射与折射等相关现象
解析：惠更斯原理将介质中任一波面上的各点看做发射子波的波源，可以解释波传播中的包括反射、折射在内的传播规律，故A、D两项正确．
答案：AD
3．(多项选择)一渔船向鱼群发出超声波，假设鱼群正向渔船靠近，那么被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比(　　)
A．波速变大 B．波速不变
C．频率变高 D．频率不变
解析：渔船向鱼群发出超声波，假设鱼群正向渔船靠近，波速由介质决定，所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比波速不变，根据声音的多普勒效应，声源移向观察者时接收频率变高，所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高．
答案：BC
4．(多项选择)如下图，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上形成了如下图的水波图形，以下说法正确的选项是(　　)
A．振针向右移动
B．振针向左移动
C．在A处的观察者，接收到的水波频率变小
D．在A处的观察者，接收到的水波频率变大
解析：振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者时，水波波长变长，观察者接收到的频率变小，故A、C两项正确．
答案：AC
5．(多项选择)火车上有一个声源发出频率一定的音乐．当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调．以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是(　　)
A．观察者静止，火车向他驶来
B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动
C．观察者静止，火车离他远去
D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动
解析：根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高；当波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低．观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大．故A、B两项错误，C、D两项正确．
答案：CD
要点二 惠更斯原理
6.(多项选择)对惠更斯原理的理解，以下说法正确的选项是(　　)
A．同一波面上的各质点振动情况完全相同
B．同一波面上的各质点振动情况可能不相同
C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面
D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直
解析：按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A项正确，B项错误；由波面和波线的概念，不难判定C、D两项正确．
答案：ACD
7．(多项选择)以下关于惠更斯原理的说法正确的选项是(　　)
A．惠更斯原理能够解释波的反射现象和折射现象
B．惠更斯原理能够解释波的衍射现象
C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源
D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小的关系
解析：惠更斯原理解释了波的传播相关的问题，所以能够解释波的反射现象和折射现象，故A项正确；同样对波的衍射现象，惠更斯原理也可以解释，但不能解释衍射现象与孔或障碍物大小的关系，故B项正确，D项错误；由惠更斯原理可知，C项正确．
答案：ABC
8．图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，那么(　　)
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
解析：波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B两项错误；波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不同，故C项错误，D项正确．
答案：D
9．某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，声速为340 m/s，那么两墙壁间的距离为多少？
解析：设测量员离较近的墙壁的距离为x，那么他离较远的墙壁的距离为s－x,2x＝vt1,2(s－x)＝v(t1＋Δt)，其中Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入数据得：s＝425 m.
答案：425 m
根底达标
1.人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮，是因为(　　)
A．室内空气不流动 B．室内声音屡次反射
C．室内声音发生折射 D．室内物体会吸收声音
解析：在空旷处讲话，声波绝大局部向远处传播而一小局部传入人耳，在室内讲话，除有声波直接传入耳朵外，向外传播的声波被墙等物体反射也传入耳朵，所以显得比拟洪亮．B项正确．
答案：B
2．(多项选择)以下说法中不正确的选项是(　　)
A．只有平面波的波面才与波线垂直
B．任何波的波线与波面都相互垂直
C．任何波的波线都表示波的传播方向
D．有些波的波面表示波的传播方向
解析：不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，A项错误，B项正确；波线表示波的传播方向，C项正确，D项错误．
答案：AD
3．同一音叉发出的声波在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如下图，以下说法正确的选项是(　　)
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：波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同．但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度．由v＝fλ知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线b，故只有A项正确．
答案：A
4．(多项选择)如下图，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，以下关于女同学的感受的说法正确的选项是(　　)
A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高
B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高
C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变
D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低
解析：女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的运动，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低，选项A、D两项正确，B、C两项错误．
答案：AD
5．(多项选择)以下说法中正确的选项是(　　)
A．入射波的波长和反射波的波长相等
B．入射波的波长大于折射波的波长
C．入射波的波长小于折射波的波长
D．入射波和折射波频率相同
解析：机械波在发生折射时，波的频率不变，但波速和波长都发生变化，但因介质不确定，无法确定入射波和折射波的波长大小关系，故B、C两项错误，D项正确；因入射波和反射波在同一介质中，波速和频率均相同，因此，入射波的波长和反射波的波长相等，A项正确．
答案：AD
6．(多项选择)以下关于多普勒效应的说法，正确的选项是(　　)
A．医院检查身体的“B超〞仪运用了多普勒效应原理
B．不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应
C．由地球上接收到遥远天体发出的光波发生“红移〞现象(各条谱线的波长均变长)，可以判断遥远天体正靠近地球
D．静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者
解析：医院检查身体的“B超〞仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应原理，A项正确；多普勒效应是波特有的现象，B项正确；当波源与观察者相互靠近时，观测到的频率增加，反之，当波源与观测者相互远离时，观测到的频率减小，D项错误；“红移〞现象中各条谱线的波长均变长．即频率变小，因此遥远天体应正在远离地球，C项错误．
答案：AB
7．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率．假设u增大，那么(　　)
A．f增大，v增大 B．f增大，v不变
C．f不变，v增大 D．f减小，v不变
解析：由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率变高，f增大，故B项正确．
答案：B
8．(多项选择)以下说法正确的选项是(　　)
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，A项错误，B项正确；波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，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，波长发生变化，D项错误，C项正确．
答案：BC
9．(多项选择)假设一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，以下说法正确的选项是(　　)
A．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300 Hz
B．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300 Hz
C．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300 Hz
D．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300 Hz
解析：当汽车向你驶来时，两者距离减小，相同时间内接收到的声波个数增多，频率升高，将大于300 Hz，故A项正确；当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，相同时间内接收到的声波个数减少，频率降低，将小于300 Hz，故D项正确．
答案：AD
10．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1 ms或不到1 ms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39 000 Hz，在一次正朝着外表平直的墙壁飞扑的期间，那么以下判断正确的选项是(　　)
A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．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39 000 Hz
解析：由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到墙壁反射回来的超声脉冲频率也大于墙壁接收的频率，故C项正确．
答案：C
能力达标
11.在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v＝200 m/s，t＝0时波刚好传播到x＝40 m处，如下图．在x＝400 m处有一接收器(图中未画出)，那么以下说法正确的选项是(　　)
A．波源开始振动时方向沿y轴正方向
B．从t＝0开始经0.15 s，x＝40 m处的质点运动的路程为0.6 m
C．接收器在t＝2 s时才能接收到此波
D．假设波源向x轴正方向运动，接收器收到的波的频率可能为9 Hz
解析：由题图知，x＝40 m处的质点的起振方向向下，那么波源的起振方向也向下(y轴负向)，A项错误；由图知λ＝20 m，A＝10 cm，T＝＝0.1 s，而Δt1＝0.15 s＝T，所以x＝40 m处的质点0.15 s运动的路程为s＝×4A＝6A＝60 cm＝0.6 m，B项正确；波由x＝40 m处传到x＝400 m处所需时间Δt＝＝ s＝1.8 s，C项错误．当波源向x轴正向运动时，波源将靠近接收器，此时接收器收到的波的频率将大于波源的频率，即接收频率将高于10 Hz，D项错误．
答案：B
12.如下图为产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
(1)该图表示的是(　　)
A．干预现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
(2)波源正在向哪处移动(　　)
A．A B．B
C．C D．D
(3)观察到波的频率最低的位置是(　　)
A．A B．B
C．C D．D
解析：题图表示的是多普勒效应，波源的左边波长较小，说明波源正向左运动，因此A处接收到的频率最高，B处接收到的频率最低．
答案：(1)D　(2)A　(3)B
13．由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形如下图，实线为波峰，虚线为波谷．设波源频率为20 Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，观察者在1 s内接收到多少个完整波？设波速为340 m/s，那么要让观察者完全接收不到波，他每秒要运动多远？
解析：观察者在单位时间内接收到的完整波的个数，就等于观察者接收到的频率．如果观察者不动，那么1 s内观察者接收的完整波的个数应为20个．然而在观察者从A运动到B的过程中，所能接收到的完整波的个数正好比不运动时少1个，即他只接收到19个完整波．
要想让观察者完全接收不到波，他必须随同所在的波峰或波谷一起运动并远离波源．由s＝vt得s＝340×1 m ＝340 m，即观察者每秒要远离波源运动340 m.
答案：19个　340 m
14．一列声波在空气中的波长为0.2 m．当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如下图，假设空气中的声速是340 m/s.求：
(1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；
(2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度；
(3)假设声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回空气，那么介质Ⅱ的深度为多少？
解析：(1)声波在空气中传播时，由v＝λf得：
f＝＝ Hz＝1 700 Hz.
由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1 700 Hz.
(2)由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1 700 m/s＝1 020 m/s.
(3)声波经＝0.2 s传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h＝v2·＝1 020×0.2 m＝204 m.
答案：(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)204 m