高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射巩固练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射巩固练习，共16页。试卷主要包含了0分），【答案】D，【答案】B等内容，欢迎下载使用。

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）
如图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(图①、②)或障碍物(图③、④)，其中能发生明显衍射现象的有( )
A. 只有①④B. 只有①②④C. 只有②③D. 只有①③
如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长。则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中错误的是( )
A. 能明显观察到波的衍射现象
B. 挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象
小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视如图所示，小河水面平静。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A振动起来，可以采用的方法是
A. 提高拍打水面的频率B. 降低拍打水面的频率
C. 无需拍打，A也会振动起来D. 无论怎样拍打，A都不会振动起来
如图所示．甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波动图象，乙图为参与波动质点P的振动图象，则下列判断正确的是( )
A. 该波的传播速率为8m/s
B. 该波的传播方向沿x轴正方向
C. 经过0.5s时间，质点P沿波的传播方向向前传播2m
D. 该波在传播过程中若遇到3m的障碍物，能发生明显衍射现象
我国第四代移动通信技术(简称4G)，采用1880∼2635MHz频段的无线电波;第五代移动通信技术(简称5G)，采用3300∼5000MHz频段的无线电波。下列说法正确的是( )
A. 5G信号和4G信号都是纵波
B. 5G信号比4G信号更容易发生衍射
C. 5G信号比4G信号在空气中传播速度更快
D. 5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间都不是均匀变化的
一列简谐横波在t=0.6s时的波形图如图甲所示，此时P、Q两质点的位移相等，波上x=15m处的质点A的振动图象如图乙所示，则以下说法正确的是( )
A. 这列波沿x轴负方向传播
B. 这列波的波速为0.06m/s
C. 从t=0.6s时刻开始，质点P比质点Q早回到平衡位置
D. 若该波在传播过程中遇到一个尺寸为15m的障碍物，这列波不能发生明显衍射现象
关于微波和无线电波，下列说法正确的是( )
A. 无线电波波速在任何情况下都等于真空中的光速
B. 微波在传播过程中遇到金属导体时，会在其中产生相应的感应电动势或感应电流
C. 手机所用的微波在传播过程中比无线电广播所用的中波更容易绕过障碍物
D. 在无线电通信中，声音信号通常要通过检波加载在高频信号上后，才向外发射
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
如图所示，图中的实线为一列简谐横波在t=0时刻的波形图，且x=12 cm质点向y轴负方向运动。虚线是t=0.3 s时的波形图，设该波的周期T大于0.3s，下列说法正确的是( )
A. 波沿x轴正方向传播
B. 该波波速为0.2m/s
C. 该波波速为0.6m/s
D. 该波通过直径为d=0.2 m的小孔时能发生明显的衍射现象
声波与光波有许多可比之处，某同学对此做了一番比较，得到如下结论，你认为正确的是( )
A. 声波是纵波，而光波是横波
B. 声波的传播依赖于介质，而光可以在真空中传播
C. 声波和光波都能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象
D. 当声波和光波从空气进入水中时，频率保持不变，波长和波速都变小
关于下列图片中的物理现象，描述正确的是( )
A. 图甲，水波由深水区传播至浅水区，传播方向改变，属于波的反射现象
B. 图乙，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象
C. 图丙，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象
D. 图丁，竹竿举起，蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应
如图所示，图中的实线为一列简谐横波在t=0时刻的波形图，且x=12 cm质点向y轴负方向运动。虚线是t=0.3 s时的波形图，设该波的周期T大于0.3s，下列说法正确的是( )
A. 波沿x轴正方向传播
B. 该波波速为0.2m/s
C. 该波波速为0.6m/s
D. 该波通过直径为d=0.2 m的小孔时能发生明显的衍射现象
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共1小题，共9.0分）
利用超声波遇到物体处反射，可测定物体运动的有关参量。
如图(a)所示中的仪器A和B通过电缆线连接，B为超声波发射与接收一体化装置，而仪器A为B提供超声波信号进行处理并在屏幕上显示其波形。现在固定装置B，并将它对准匀速行驶的小车C，使其每隔固定时间t0发射一个短促的超声波脉冲；
如图(b)中幅度大的波形；而B接收到的由小车C反射回来的超声波经仪器A处理后显示如图(b)中幅度较小的波形。反射波滞后的时间已在图中标出，其中t0和Δt为已知量，另外还知道该测定条件下声波在空气中的速度为v0，则根据所给信息，判断小车的运动方向应______(选填“向左”或“向右”)，速度大小为______。
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
一列横波在x轴上传播，在t1=0时刻波形如图中实线所示，t2=0.05s时刻波形如图中虚线所示。
(1)求这列波的波速是多少；
(2)若有另一列波能与这列波发生稳定干涉，则另一列波的最小频率是多少；
(3)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。
(1)下列说法正确的是( )A. 在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B. 单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
C. 火车鸣笛向我们驶来，我们听到的笛声频率比声源发声的频率高
D. 当水波通过障碍物时，若障碍的尺寸与波长差不多，或比波长大的多时，将发生明显的衍射现象
E. 用两束单色光A、B，分别在同一套装置上做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则说明A光波长大于B光波长
(2)如图所示，图甲是一列简谐横波在t =0时刻的波形图，P点是此时处在平衡位置的一个质点.图乙是质点P的振动图象．

(1)判断这列波的传播方向；
(2)经过时间t1= 6s，质点P通过的路程s；
(3)经过t2= 30s，波向前传播的距离x．
国庆期间，小明一家驾车去山区旅行，汽车以72 km/h的速度在平直的公路上匀速行驶，公路前方有一座高山，汽车鸣笛4 s后小明听到回声．已知声音在空气中的传播速度为340 m/s．
(1)人们利用声音的反射做成了回声测距系统，运用该系统________(填“能”或“不能”)测量地球和月球之间的距离，原因是______________________________．
(2)小明听到回声时距离高山多远？
答案和解析
1.【答案】B
【解析】
【分析】
本题主要考查了明显的衍射现象，要发生明显的衍射现象，必须使得孔或阻碍物的尺寸比水波的波长要小得多或相差不大。在本题中发生明显的衍射的条件是相比而言的；要注意明确是当孔或阻碍物的尺寸比水波的波长要小得多或相差不大时，能发生明显的衍射现象。
【解答】
一列水波在传播过程中遇到了小孔①②图，都符合孔尺寸比水波的波长要小得多或相差不大，所以都能发生明显的衍射；故①②正确；一列水波在传播过程中遇到了阻碍物(③④图)，相比而言④图的阻碍物的尺寸比③图小，所以④图能发生明显的衍射。故B正确，ACD错误。
故选B。
2.【答案】D
【解析】
【分析】
当孔、缝的宽度与波长差不多或者比波长还小时，就能够发生明显的衍射现象，这是发生明显衍射的条件。
本题考查波的衍射现象，关键是要知道产生明显衍射现象的条件，考查学生的理解能力。
【解答】
A.因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象。故 A正确；
B.波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等。故 B正确；
C.如果将孔AB扩大，孔的尺寸大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象。故 C正确；
D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ=vf知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象。故D错误。
下列描述中错误的，故选D。
3.【答案】B
【解析】
【分析】
发生明显的衍射现象的条件：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或更小．当衍射现象明显时，形成的水波能带动树叶A振动起来．
【解答】
拍打水面时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，提高拍打水面的频率，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等，根据λ=vf，波速不变，频率增大，波长减小，衍射现象不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象更明显．故ACD错误，B正确。
故选B。
4.【答案】D
【解析】解
A.由甲读出该波的波长为λ=4m，由乙图读出周期为T=1s，则波速为v=λT=4m/s，故A错误；
B.在乙图上读出t=0时刻P质点的振动方向沿y轴负方向，在甲图上判断出该波的传播方向沿x轴负方向，故B错误；
C.简谐横波沿x轴传播，质点只在自己的平衡位置附近上下振动，并不沿波的传播方向向前传播，故C错误；
D.由于该波的波长为4m，所以该波在传播过程中若遇到3m的障碍物，能发生明显的衍射现象，故D正确。
故选D。
由波动图象读出波长，由振动图象读出周期，求出波速．在乙图上读出t=0时刻P质点的振动方向，在甲图上判断出波的传播方向．质点只在自己的平衡位置附近上下振动，并不向前传播．根据波长与障碍物尺寸的关系分析能否发生明显的衍射现象。
根据波动图象能读出波长、由质点的振动方向判断波的传播方向，由振动图象读出周期和质点的振动方向等等，都是学习振动和波部分应具备的基本能力，要加强训练，熟练应用。
5.【答案】D
【解析】
【分析】
本题考查以5G是“第五代移动通信技术”为背景，考查了电磁波的发射传播和接收、传播速度、衍射现象等基础知识，要求学生加强记忆。
明确电磁波的性质，电磁波在真空中传播速度均为光速，并且电磁波为横波；
根据波的干涉条件分析；
根据麦克斯韦电磁场理论分析，均匀变化的磁场产生恒定的电场。
【解析】
A、5G和4G信号都是电磁波，电磁波都是横波，故A错误；
B、5G信号的频率较高，根据公式c=λf，5G信号的频率较高，波长较短，故5G信号更不容易发生明显的衍射现象，故B错误；
C、任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故C错误；
D、根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场，不能形成电磁波，故5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间不是均匀变化的，故D正确。
6.【答案】C
【解析】
【分析】
本题既要理解振动图象和波动图象各自的物理意义，由振动图象的斜率能判断出质点的速度方向，运用波形的平移法判断波的传播方向，更要把握两种图象的内在联系。
【解答】
A.由乙图知，t=0.6s时刻质点A的速度方向为沿y轴负方向，在甲图中，由波形平移法可知该波的传播方向为沿x轴正方向。故A错误。
B.由甲图读出该波的波长为λ=20m，由乙图周期为：T=1.2s，则波速为：v=λT=201.2=503m/s。故B错误；
C.图示时刻质点P沿y轴正方向，质点Q沿y轴负方向，所以质点P比质点Q先回到平衡位置，故C正确。
D.由于该波的波长为20m，则若该波在传播过程中遇到一个尺寸为15m的障碍物时，能发生明显衍射现象，故D错误。
故选C。

7.【答案】B
【解析】
【分析】
本题考查对电磁波的波速、特征、衍射和发射等等知识的了解情况，关键是掌握关于微波和无线电波的特点。
【解答】
A.电磁波只有真空中速度才等于真空中的光速，在其他介质中传播时速度小于真空中光速，故A错误；
B.微波和无线电波传播的是变化的电磁场，变化的磁场在传播过程中遇到金属导体时，会产生电磁感应现象，故B正确；
C.波长越长，越容易产生衍射现象，微波的波长比无线电波短，微波在传播过程中比无线电广播所用的中波不容易绕过障碍物，故C错误；
D.声音信号通常要通过调制加载在高频信号上后，才向外发射，故D错误。
故选B。
8.【答案】BD
【解析】
【分析】
本题主要考查波形图，明确图像的意义是解决问题的关键。根据质点的振动情况可判断波的传播方向；根据波形图像可知波长，根据波的传播时间可求得波的周期，根据公式v=λT即可求得波速；只有缝、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，可发生明显的衍射。
【解答】
A.t=0 时刻的波形图，且x=12cm质点向y 轴负方向运动，由同侧法可知：波沿x 轴负方向传播，故A错误；
BC.根据图像可知，波长为λ=0.24m，
结合图像可知传播时间：t=0.3s=(n+14)T(n=0,1,2,⋯)，
解得：T=1.2s4n+1(n=0,1,2,⋯)，因为T>0.3s，所以n=0，周期为T=1.2s，则波速为v=λT=0.2m/s，故B正确，C错误；
D.根据图像可知，波长为λ=0.24m，则波通过直径为d=0.2m的小孔时能发生明显的衍射现象，故D正确。
故选BD。
9.【答案】AB
【解析】
【分析】
光波是电磁波，电磁波是横波，声波属于机械波，是纵波。
机械波传播需要介质，电磁波传播不需要介质。
只有横波才能发生波的偏振现象，干涉和衍射现象是波的特有现象，一切波都能发生干涉和衍射现象。
当波从空气传入水中时，频率不变，根据波速的变化确定波长的变化。
此题考查了声波和光波的特性，采用类比法，类比的学习方法要经常使用，通过类比，抓住不同知识的共同点与不同点，防止产生似是而非的认识。
【解答】
A.电磁波是横波，光波属于电磁波，故光波是横波，声波属于机械波中的纵波，故A正确；
B.机械波和电磁波的本质上是不同的，机械波不能在真空中传播，而电磁波能在真空中传播，即声波的传播需要介质，光的传播可以在真空中传播，故B正确；
C.声波和光波都能产生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应等现象，但只有横波产生偏振现象，即光波可以产生偏振现象，故C错误；
D.当声波和光波从空气中进入水中时，声波速度变大，光波速度变小，频率不变，根据v=λf，光波的波长变小，声波的波长变大，故D错误。
故选AB。
10.【答案】BCD
【解析】
【分析】
本题主要考查多普勒效应，声波的干涉。依据波的折射、衍射、干涉的原理，结合多普勒效应现象，即可求解。
【解答】
A.水波从深水区传到浅水区，传播方向改变的现象是波的折射现象，故A错误;
B.水波穿过障碍物的小孔后传播至两侧区域，属于波的衍射现象，故B正确;
C.两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，故C正确;
D.竹竿举起，蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，故D正确．
故选BCD。
11.【答案】BD
【解析】
【分析】
本题主要考查波形图，明确图像的意义是解决问题的关键。根据质点的振动情况可判断波的传播方向；根据波形图像可知波长，根据波的传播时间可求得波的周期，根据公式v=λT即可求得波速；只有缝、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，可发生明显的衍射。
【解答】
A.t=0 时刻的波形图，且x=12cm质点向y 轴负方向运动，由同侧法可知：波沿x 轴负方向传播，故A错误；
BC.根据图像可知，波长为λ=0.24m，结合图像可知传播时间：t=0.3s=(n+14)T(n=0,1,2,⋯)，
解得：T=1.2s4n+1(n=0,1,2,⋯)，因为T>0.3s，所以n=0，周期为T=1.2s，则波速为v=λT=0.2m/s，故B正确，C错误；
D.根据图像可知，波长为λ=0.24m，则波通过直径为d=0.2m的小孔时能发生明显的衍射现象，故D正确。
故选BD。
12.【答案】向右 v0Δt2t0+Δt
【解析】解：由屏幕上显示的波形可以看出，反射波滞后于发射波的时间越来越长，说明小车离信号源的距离越来越远，小车向右运动。由题中乙图可得，小车相邻两次反射超声波脉冲的时间为：
t1=t0+12 (t+Δt)−12t=t0+12Δt
小车在此时间内前进的距离为：
s=v0Δt2
小车的速度为：v=st1=v0Δt2t0+Δt
故答案为：向右；v0Δt2t0+Δt
超声波在空中匀速传播，根据发射和接收的时间差求出速度。通过的位移与所用时间比值，来确定小车的速度。
本题是实际应用问题，考查应用物理知识分析、理解现代科技装置原理的能力。
13.【答案】解：(1)由图知波长λ=8m，若波沿x轴正方向传播，则波向前传播的距离d=n+14λ (n=0,1,2,…)
解得：v=dΔt=404n+1m/s (n=0,1,2,…)
若波沿x轴负方向传播，则波向前传播的距离d=n+34λ (n=0,1,2,…)
解得：v=dΔt=404n+3m/s (n=0,1,2,…)
(2)由v=λf得：f=vλ，
若波沿x轴正方向传播，则f=40(4n+1)8=20n+5Hz (n=0,1,2,…)
即fmin=5Hz
若波沿x轴负方向传播，则f=40(4n+3)8=20n+15Hz (n=0,1,2,)
即fmin=15Hz
综合得出另一列波的最小频率为5Hz；
(3)由于该波波长λ=8m，大于电线杆竖直的尺寸，所以当波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。
【解析】本题关键要抓住波的双向性，根据波形的平移法确定波传播距离与波长的关系。
(1)波传播方向按两个方向讨论，读出波长，得出波传播的距离(注意周期性)，由v=xt求出波速；
(2)若有另一列波能与这列波发生稳定干涉，则另一列波的频率与这列波相同。再讨论最小频率；
(3)发生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小。
14.【答案】(1)BCE；
(2)解：(1)由图乙知，t=0时刻质点P正向上振动，所以根据波形平移法知，该波沿x轴正方向传播；
(2)从图乙可知振动周期为T=4s，一个周期内质点通过的路程为4A，则经过时间t1=6s=1.5T，质点P通过的路程为：S=1.5×4A=6×2cm=12cm；
(3)波速为：v=λT=84m/s=2m/s。
经过t2=30s，波向前传播的距离：x=vt2=2×30m=60m。
答：(1)这列波的传播方向沿x轴正方向；
(2)经过时间t1=6s，质点P通过的路程s是12cm；
(3)经过t2=30s，波向前传播的距离x是60m。

【解析】
(1)【分析】
振幅反映了振动的强弱；振动加强点的振幅最大，不是位移总是最大．受迫振动的频率等于驱动力的频率，与固有频率无关．根据多普勒效应判断接收频率与波源发出频率的关系．当波长与障碍物尺寸差不多，或比障碍物尺寸大，会发生明显的衍射。
本题考查了衍射现象、多普勒效应、受迫振动、简谐运动等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点。
【解答】
A.在干涉现象中，振动加强点振幅最大，位移在变化，所以振动加强点的位移不是总是比减弱点的位移大，故A错误；
B.单摆在周期性外力作用下做受迫振动，单摆的周期与驱动力的周期相等，与固有周期无关，故B正确；
C.火车鸣笛向我们驶来时，根据多普勒效应知，我们接收的频率大于波源发出的频率，故C正确；
D.当水波通过障碍物时，若障碍的尺寸与波长差不多，或比波长小的多时，将发生明显的衍射现象，故D错误；
E根据Δx=ldλ知，A光的条纹间距比B光的条纹间距大，则A光的波长大于B光波长，故E正确。
故选BCE。
(2)
(1)根据波形平移法确定该波的传播方向；
(2)由振动图象得到振动周期，确定经过时间t1 = 6s，质点P通过的路程s；
(3)由v=λT 得到波速，进而得到经过t2 =30s波向前传播的距离x。
掌握波的形成及传播原理是求解的关键。
15.【答案】(1)不能 声音的传播需要介质，太空是真空，不能传播声音
(2)640 m

【解析】(1)人们利用声音的反射做成了回声测距系统，声音的传播需要介质，太空是真空，不能传播声音，故不能用来测地球和月球之间的距离．
(2)汽车行驶速度v=72 km/h=20 m/s，由v=st可得，从鸣笛到听到回声时，汽车行驶的路程s车=vt=20 m/s×4 s=80 m；声音传播的路程s声=v声t=340 m/s×4 s=1360 m， 设小明听到回声时汽车到高山的距离为s，如图所示：
由图示可得2s=s声−s车，则有s=s声−s车2=640 m．