波的干涉和衍射、多普勒效应及其应用 同步练习 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

波的干涉和衍射、多普勒效应及其应用 一、选择题：本题共15小题，每小题4分，共60分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.如图所示，上世纪中叶英国物理学家富兰克林使用X射线拍摄的DNA晶体照片，这属于X射线的( ) A.衍射现象 B.偏振现象 C.干涉现象 D.全反射现象 2.如图，机场地勤人员通过佩戴降噪耳机，能减少噪声对耳部的伤害。降噪耳机内设有麦克风，用来收集噪声信号，同时耳机的处理器会发出与噪声振幅、频率相同而相位相反的声波，从而达到消声的效果。降噪耳机消声的原理是利用( ) A.声波的干涉 B.声波的衍射 C.声波的反射 D.声波的多普勒效应 3.关于机械波的传播与性质，下列说法正确的是( ) A.机械波可以在真空中传播 B.火车鸣笛出站时，站台上的旅客接收到笛声的频率比火车鸣笛的频率低 C.游泳时在水中听到的音乐频率与在岸上听到同一种音乐的频率是不同的 D.医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测量得到的反射波的频率一定与发射的超声波频率相同 4.根据多普勒效应，下列说法中正确的是( ) A.多普勒效应只适用于声波 B.当波源和观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低 C.当波源和观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高 D.当波源和观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高 5.某同学家在公路旁，晚上入睡时，经常听到汽车驶过的声音( ) A.当听到汽车的声音频率变高时，可以判断汽车正在驶来 B.当听到汽车的声音频率变高时，可以判断汽车正在驶离 C.当汽车驶来时，汽车发动机发出的声音频率变高 D.当汽车驶离时，汽车发动机发出的声音频率变低 6.两个振幅相同的波源在水槽中形成如图所示的波形，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则( ) A.在两波相遇的区域中会产生干涉现象 B.a点此时位移最大 C.a点的振动始终加强 D.a点的振动始终减弱 7.观察水面波衍射的实验装置如图所示，O是波源，和是两块挡板，AB是两块挡板间的空隙，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，关于波经过空隙之后的传播情况，下列说法正确的是( ) A.此时不能观察到明显的衍射现象 B.挡板前相邻波纹间距大于挡板后相邻波纹间距 C.增大两挡板间的空隙，衍射现象会更明显 D.减小波源振动的频率，则衍射现象更明显 8.如图，挡板M是固定的，挡板N可以上下移动。现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了如图所示的图样，为了使衍射现象更明显，可以采用的办法是( ) A.增大波的频率 B.增大波的振幅 C.挡板N向上移动 D.挡板N向下移动 9.如图所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔。不考虑波的反射因素，经过一段时间后，水面上的波形将分布于( ) A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外的区域 C.阴影Ⅱ以外的区域 D.阴影Ⅰ和Ⅱ以外的区域 10.下列关于波的衍射的说法正确的是( ) A.波要发生衍射现象必须满足一定的条件 B.与光波相比声波容易发生衍射是由于声波波长较长 C.对同一列波，缝、孔或障碍物越大衍射现象越明显 D.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 11.波的衍射图案，可以得到障碍物或者小孔的相关信息。这方面的一个著名案例就是DNA双螺旋结构的确定。如图甲，现将单缝衍射实验装置中的单缝替换成一个四边形小孔（限于矩形或平行四边形，但都能保证发生衍射），在光屏上可以得到如图乙所示的衍射图案，根据图案特点，猜想小孔的形状可能是( ) A. B. C. D. 12.如图所示为观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个窄缝，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）之间距离表示一个波长，则对波经过窄缝后的传播情况，下列描述不正确的是( ) A.此时能明显地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，波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象 13.如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距60m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。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.假设波浪的波长为10m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 B.假设波浪的波长为58m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 C.假设波浪的波长为61m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 D.假设波浪的波长为85m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 14.某同学使用如图所示的实验装置观察水面波衍射，、是挡板，是一个孔，O是波源。图中曲线中，每两条相邻波纹之间距离是一个波长，波经过孔之后，下列描述正确的是( ) A.不能观察到明显的波的衍射现象 B.挡板前后波纹间距离不相等 C.如果将孔扩大，仍可能观察到明显的衍射现象 D.如果孔的大小不变，使波源频率减小，仍能观察到明显的衍射现象 15.水面上有两个频率、振幅、振动方向均相同的振源，先后开始振动形成两列水波在空间叠加。先振动，形成的水波如图所示，是连线上的点，e点是的中点，此时均处在波峰处，b点和d点分别是和的中点。当振动一段时间后，观察到e处水面始终平静。已知两振源的频率为f，波速为v，下列说法中正确的是( ) A.c点是振动加强点，b点是振动减弱点 B.振动加强区的质点一直处于最大位移处 C.d点到两振源之间的距离差为 D.d点到两振源之间的距离差为 二、非选择题：共40分。 16.（8分）公路巡警驾驶巡警车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，该路段限速为100 km/h。巡警车向前方在同一直车道上行驶的轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波的频率比发出时的低，该轿车是否超速？请说明理由。 17.（6分）为什么有经验的铁路工人，可以从火车的汽笛声中判断出火车的运行方向和快慢？ 18.（6分）波源向观测者运动和观测者向波源运动，都会发生频率变大的多普勒效应，这两种情况有什么区别？ 19.（6分）一艘渔船向鱼群发出超声波。若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与渔船发出的超声波相比，其频率如何变化？请说明理由。 20.（14分）两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于和处，波源的振幅分别为和，传播速度大小相同。如图所示为时刻两列波的图像，此刻平衡位置在和的P、两质点刚开始振动，周期，质点M的平衡位置处于处。求： （1）简谐波的传播速度v大小； （2）质点M第一次到达波峰时，质点P的位移； （3）从到内，质点M运动的路程。 答案以及解析 1.答案：A 解析：富兰克林使用X射线拍摄的DNA晶体，属于衍射现象，是利用X射线具有波动性的性质。故选A。 2.答案：A 解析：耳机的处理器发出与噪声振幅、频率相同而相位相反的声波，两列波叠加后振幅为零，从而达到消声的目的，则降噪耳机消声的原理是利用声波的干涉。故选A。 3.答案：B 解析：A.机械波的传播需要介质，机械波不能在真空中传播，故A错误； B.火车鸣笛出站时，声源远离观察者，根据多普勒效应，接收频率低于声源频率，所以站台上旅客接收到笛声的频率比火车鸣笛频率低，故B正确： C.由于机械波从一种介质进入另一种介质时频率不变，所以游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到同一种音乐的频率是一样的，故C错误； D.医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，进而计算出血流的速度，故D错误。 故选B。 4.答案：C 解析：A.多普勒效应适用于各种类型的波，故A错误； B.当波源和观察者同向运动时，观察者不一定远离波源，所以观察者接收到的频率不一定比波源发出的频率低，故B错误； C.当波源和观察者相向运动时，观察者逐渐靠近波源，接收到的频率一定比波源发出的频率高，故C正确； D.当波源和观察者反向运动时，观察者逐渐远离波源，接收到的频率一定比波源发出的频率低，故D错误。 故选C。 5.答案：A 解析：CD.无论汽车是驶来还是驶离，汽车发动机发出的声音频率不变，故CD错误；AB.根据多普勒效应，汽车驶来时，听到汽车的声音频率变高，汽车驶离时，听到汽车的声音频率变低，故A正确，B错误。故选A。 6.答案：B 解析：两列水波在水中传播的波速相等，从图中可以看出两列水波的波长不同，根据，可知两列水波的频率不同，而只有两列波的频率相同时才可能发生干涉现象，所以在两波相遇的区域中不会产生干涉现象，不会出现振动始终加强点和减弱点，A、C、D均错误；在a点此时波峰与波峰相遇，a点的位移为这两列波分别引起的位移的矢量和，则a点此时位移最大，B正确。 7.答案：D 解析：由图可知波长与空隙的尺寸差不多，能够观察到明显的衍射现象，故A错误；波通过空隙后，波速、频率、波长均不变，则挡板前后相邻波纹的间距相等，故B错误；如果增大两挡板间空隙AB，当空隙的尺寸大于波的波长时，可能观察不到明显的衍射现象，故C错误；如果空隙的大小不变，使波源频率f减小，因为波速v不变，根据知，波长λ增大，则衍射现象更明显，故D正确。 8.答案：C 解析：发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相近或更小，当孔的尺寸一定时，可以增大波长，根据可知，可以减小频率，选项A错误；增大波的振幅，波长不变，衍射现象没有发生变化，选项B错误；波长一定，减小孔的尺寸能够使衍射现象更加明显，可以使挡板N向上移动，选项C正确，D错误。 9.答案：B 解析：根据明显衍射发生的条件，知道小孔的宽度与水面波波长差不多，而挡板却相当宽了，故经过一段时间，区域Ⅱ会因为衍射而弥漫水面波，区域Ⅰ却不能发生明显衍射现象，故选B。 10.答案：B 解析：衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象，故A、D错误；波长越长衍射现象越明显，B正确；对同一列波障碍物越大衍射现象不一定越明显，C错误。 11.答案：B 解析：根据单缝衍射的实验规律，当缝调到很窄时，亮条纹的亮度有所降低，宽度反而增大，乙图衍射图样中间的亮斑呈扁平状，即左右衍射较明显，上下衍射比左右衍射较不明显，可知光线通过的小孔左右较窄上下较宽，故B正确，ACD错误。 故选B。 12.答案：D 解析：由题图可以看出，窄缝AB的宽度与波长相差不大，因为只有缝、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，才能观察到明显的衍射现象，所以选项AC正确；由知，v不变，f增大，λ减小，衍射现象减弱，选项D错误；既然衍射是指“波绕过障碍物而传播的现象”，那么经过窄缝后的波长自然不变，选项B正确。故选D。 13.答案：B 解析：A.发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大。当波浪的波长为10m时，小于防波堤两端距离，不会有明显的衍射现象，受到影响较小，故A错误。 BCD.发生明显衍射的条件是孔径、障碍物尺寸小于波长或者与波长相差不大。当波浪的波长为58m，或者61m，或者85m时，接近防波堤两端距离，会有明显的衍射现象，故小船受到明显的波浪影响，故B正确，CD错误； 故选B。 14.答案：D 解析：由题图可知，孔的尺寸与水波的波长差不多，故此时能观察到明显的波的衍射现象，选项A错误；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，选项B错误；如果将孔扩大，若孔的尺寸远大于水波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，选项C错误；如果孔的大小不变，使波源频率减小，因为波速不变，根据知，波长增大，仍能观察到明显的衍射现象，选项D正确。 15.答案：C 解析：A.当振动一段时间后，观察到e处水面始终平静，所以，e点为振动减弱点，即两波源都振动时，振动完全相反。c点到e点的距离为λ，则c点到两波源的距离差为，所以c点为振动减弱点；b点到e点的距离为，则b点到两波源的距离差为，所以b点为振动减弱点，故A错误； B.振动加强区的质点振幅最大，并不是一直处于最大位移处，故B错误； CD.根据 d点到e点的距离为，则d点到两波源的距离差为λ，即距离差为，故C正确，D错误。 故选C。 16.答案：超速 解析：巡警车接收到的电磁波的频率比发出时的低，说明巡警车与轿车间的距离变大。因此前方轿车的速度一定大于后方巡警车的速度，即超速。 17.答案：见解析 解析：因为汽笛声的频率升高，火车越来越近，汽笛声的频率降低，火车越来越远，汽笛声的频率变化得越快，车速越大，频率变化得越慢，车速越小。 18.答案：见解析 解析：设波速为V，波源和观察者都不动时，t时间内接收的波的个数，即接收的频率和波源的频率相同，；当波源不动，观察者以速度v向波源运动时，接收频率为；当观察者不动，波源以速度v向观察者运动时，接收到的波长被压缩为，接收频率，可见两种情况接收到的波的频率是不同的。 19.答案：变大 解析：当观察者靠近波源时，在单位时间内接收到完整的波的个数增多，接收到的波的频率增大。 20.答案：（1）（2）-6cm（3）16cm 解析：（1）由图可知，波长为 两列波传播速度大小为 （2）沿x轴负方向的波先使质点M到达波峰，此时Q质点与M点平衡位置为 传播到M点时间为 质点M向上振动第一次到达波峰的时间为 那么从Q点到M第一次到达波峰的时间为 P点从时刻开始振动，由，可知 P点起振方向沿y轴正方向，经过，质点P到达y轴负方向最大位移，位移 （3）Q传播到M点的时间为 可知M点振动的时间为 再经过1s，M点向下振动，路程为 P传播到M点的时间 可知M点振动的时间为 M点向上振动，此时两列波叠加，经过2s，M点路程为 总路程为 学科网（北京）股份有限公司 $