1、十二 波的反射、折射和衍射(25 分钟60 分)一、选择题(本题共 6 小题，每题 6 分，共 36 分)1(多选)关于波的频率，下列说法正确的是()A波的频率由波源决定，与介质无关B波的频率与波速无直接关系C波由一种介质传到另一种介质时，频率要发生变化D由公式 fv 可知，频率与波速成正比，与波长成反比【解析】选 A、B。波的频率由波源的频率决定，与波速和介质都无关，波在不同介质中传播时频率保持不变，故 A、B 正确，C、D 错误。【加固训练】室内的人隔着墙能听到室外的谈话声，而看不见谈话的人，这是因为()A声波速度小，光波速度大B声波是纵波，光波是横波C声波波长较长，容易产生衍射现象D光波
2、频率高，容易产生衍射现象【解析】选 C。室内的人隔着墙能听到室外的谈话声，而看不见谈话的人，是由于声波波长较长，能够绕过障碍物发生衍射，而光波的波长短，不容易发生衍射，所以有“闻其声不见其人”的现象，与波的种类等无关，故 C 正确，A、B、D 错误。故选 C。2如图所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是()A.AB，fAfB BAB，fAfBCAB，fAfBDAB，fAfB【解析】选 C。由图知 A 图衍射现象明显，B 图不明显，故 A 的波长长，B 的波长短，而相同的介质中，水波的速度相同，根据 vf 可知，波长越长，则频率越小，故
3、C 正确，A、B、D 错误，故选 C。3如图所示，O 是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B 是小孔。若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于()A.整个区域B阴影以外区域C阴影以外区域D阴影和以外的区域【解析】选 B。从图中可以看出 A 挡板比波长大，所以不能发生明显的衍射，而B 小孔与波长相差不多，能发生明显的衍射，所以经过足够长的时间后，水面上的波将分布于阴影以外区域，故 B 正确。4下列说法中错误的是()A衍射是一切波特有的现象B障碍物或孔越小越易产生衍射C在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的衍射现象D在空旷的山谷里叫喊，可以听
4、到回音，这是声音的反射现象【解析】选 C。衍射是一切波特有的现象，故 A 正确，不符合题意；障碍物或孔越小越易产生衍射，故 B 正确，不符合题意；在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象，C 错误，符合题意，D 正确，不符合题意，故选 C。5在水波槽里放两块挡板，中间留一窄缝，已知窄缝的宽度为 0.5 cm，所用水波的波长为 5 cm，则如图所示的衍射图样中正确的是()【解析】选 C。窄缝宽度是 0.5 cm，明显小于水波波长 5 cm，符合发生明显衍射的条件，且水波是以水中“某点”为中心的弧线，且波长不变，故 A、B、D 错误，C 正确。6海浪从远海传向海岸。已知海浪的传播速度与
5、海水的深度有关，海水越深，速度越大。一艘大船停泊在离岸较远处，振动的周期为 8 s，则()A海浪拍打海岸的周期大于 8 sB海浪从远海传向海岸，相邻波峰之间的距离变大C悬挂在船上摆长为 1 m 的单摆的振动周期为 8 sD让船停泊在离海岸更近处，海浪通过船体的衍射现象更明显【解析】选 C。海浪的机械振动频率不变，即海浪拍打海岸的周期与振动周期相同为 8 s，所以选项 A 错误；根据 vT 得，海浪的波长 vT，离海岸越近，波长越小，即相邻波峰之间的距离变小，所以选项 B 错误；悬挂在船上的单摆振动属于受迫振动，其振动频率取决于驱动力频率，与固有频率无关，所以选项 C 正确；机械波发生明显衍射的
6、条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多，离海岸更近时，海浪波长变小，故衍射现象不如较远处明显，所以选项 D 错误。二、计算题(本题共 2 小题，共 24 分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)7(12 分)一架飞机水平匀速地从某同学头顶飞过，当他听到飞机的发动机声从头顶正上方传来时，发现飞机在他前上方约与地面成 60角的方向上，据此可估算出此飞机的速度约为声速的多少倍？【解析】设飞机在人头顶正上方时距地面的高度是 h，发动机声传到地面所用的时间是 t，声速是 v 声，有 hv 声t。在这段时间 t 内，设飞机飞出 x，飞机速度是v 机，则有 xv 机t。两式相比v机v声
7、xh cot60 33，即飞机速度约为声速的 33 倍。答案：33 倍【加固训练】在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是 5 Hz，水波在水槽中的传播速度为 0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径 d 应为多少？【解析】在水槽中激发的水波波长为：vf 0.055 m0.01 m1 cm。要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长。答案：小孔直径 d 应小于 1 cm 8(12 分)如图所示，图甲是高速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，根据发出和接收信号间的时间差，测出被测物体的速度。图乙中 P1、P2 是测速仪发出的超声波信
8、号，n1、n2 分别是 P1、P2 由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P1、P2 之间的时间间隔 t1.0 s，超声波在空气中的传播速度是 v340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图乙可知，汽车在接收到 P1、P2 两个信号之间的时间内前进的距离是多少？汽车的速度是多少？【解析】设汽车在接收到 P1、P2 两个信号时距测速仪的距离分别为 s1、s2，则有：2s12s2vt，其中 ttP1n1tP2n2(1230 930)t0.1 s，则汽车在接收到 P1、P2 两个信号的时间间隔内前进的距离为 s1s2vt23400.12 m17 m。已知测速仪匀速扫描，由图乙记录数据可求出汽车前进
9、(s1s2)这段距离所用时间为 ttt2(1.00.12)s0.95 s，汽车运动的速度 vs1s2t 170.95 m/s17.9 m/s。答案：17 m 17.9 m/s(15 分钟40 分)9.(6 分)如图所示，甲为波源，M、N 为两块挡板，其中 M 板固定，N 板可移动，两板中间有一狭缝。此时测得乙处点没有振动。为了使乙处点能发生振动，可操作的办法是()A增大甲波源的频率B减小甲波源的频率C将 N 板竖直向下移动一些D将 N 板水平向右移动 一些【解析】选 B。乙处点没有振动，说明波没有衍射过去，原因是 M、N 间的缝太宽或波长太小，因此若使乙处质点振动，可采用 N 板上移减小间距或
10、增大波的波长，即减小甲波源的频率，故 B 正确，A、C、D 错误。【加固训练】(多选)图中 1、2、3 分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则下列说法中正确的是()A1 与 2 的波长、频率相等，但波速不等B1 与 2 的波速、频率、波长均相等C2 与 3 的波速、频率、波长均相等D2 与 3 的频率相等，波速、波长均不等【解析】选 B、D。波 1、2 都在介质 a 中传播，故 1、2 的频率、波速、波长均相等，A 错，B 对；2、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 vf 得波长不同，故 C 错，D 对。10(6 分)同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某
11、时刻的波形曲线如图所示，以下说法正确的是()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】选 A。波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故相同音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同。机械波在介质中传播的速度只取决于介质的性质。声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度，由 vf 知，声波在水中的波长较大，对应于题图中波形曲线 b。故选项 A 正确。【加固训练】(多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，在玻璃砖底面
12、上的入射角为，经折射后射出 a、b 两束光线，则()A在真空中，a 光的波长小于 b 光的波长B在玻璃中，a 光的波长大于 b 光的波长C在玻璃中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度D若改变光束的入射方向使 角逐渐减小，则折射光线 b 首先消失【解析】选 A、C。光线 a 的偏折程度大，则 a 光的折射率大，说明 a 光的频率高，根据 vf，a 光在真空中的波长较短，故 A 正确；由 vcn 可知，由于 a 光的折射率大，则在玻璃中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度，由 vf 可知，由于在玻璃中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度且 a 光的频率高，则在玻璃中，a光的波长小于 b
13、 光的波长，故 B 错误，C 正确；若改变光束的入射方向，使 角逐渐减小，则两光都不能发生全反射，即都不会消失，故 D 错误。故选 A、C。11(6 分)(多选)关于波的衍射，下列说法中正确的是()A衍射是一切波的特性B波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越明显C发生波的衍射时必须有两个波源D波的衍射也是由于波的叠加产生的【解析】选 A、B、D。干涉和衍射现象是波所特有的现象，A 正确；波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越明显，B 正确；发生波的干涉时必须有两个波源，C错误；由于狭缝或小孔有一定的宽度或大小，波通过后出现明暗相间的条纹就是波叠加的结果，因此波的衍射也是由于波的叠加产生的，D 正确。故
14、选 A、B、D。12(22 分)某物体发出的声音在空气中的波长为 1 m，波速为 340 m/s，在海水中的波长为 4.5 m。(1)该波的频率为_Hz，在海水中的波速为_m/s。(2)若物体在海面上发出的声音经过 0.5 s 听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以 5 m/s 的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？【解析】(1)由 f v 得 f3401 Hz340 Hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为 v 海f4.5340 m/s1 530 m/s。(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为 hv 海t2 1 5300.52 m382.5 m。(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声的时间为 t，则 v 物tv 海t2h 代入数据解得 t0.498 s。答案：(1)340 1 530(2)382.5 m(3)0.498 s