新人教版高中物理选择性必修第一册第三章机械波3波的反射折射和衍射训练含解析

波的反射、折射和衍射

A组·基础达标

1．下列现象不属于波的明显衍射现象的是(　　)

A．“隔墙有耳”

B．“空山不见人，但闻人语声”

C．河中芦苇后面没有留下无波的区域

D．池中假山前有水波，假山后无水波

【答案】D　【解析】假山前有水波，假山后无水波，说明波没有绕过障碍物，因此不属于明显衍射现象，故D正确．

2．如图所示，正中O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，经过一段时间，水面上的波形将分布于(　　)

A．整个区域　　 B．阴影Ⅰ以外区域

C．阴影Ⅱ以外区域　　 D．阴影Ⅲ以外区域

【答案】B　【解析】由题图中可直观看出，半波长为实、虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多；而小孔B与波长长度差不多．据波发生明显衍射的条件知道，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故A、C、D错误；该波的波长与小孔B差不多，能够产生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内，明显存在衍射波的波形，故B正确．

3．已知空气中的声速为340 m/s.现有几种声波：①周期为 s，②频率为104 Hz，③波长为10 m．它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是(　　)

A．①和② 　　 B．②和③

C．①和③ 　　 D．都可以

【答案】C　【解析】三种声波的波长分别为λ1＝340× m＝17 m，λ2＝ m＝0.034 m，λ3＝10 m，根据发生明显衍射现象的条件可知，①、③两种声波的波长与障碍物的尺寸差不多，能产生明显的衍射现象，故C正确．

4．(2021届河北南宫中学四校联考)声波是一种机械波，在空气中传播速度约为340 m/s，人能听到的声波频率在20 Hz到20 000 Hz之间，对于波长为34 m的声波，下列说法正确的是(　　)

A．在水中它比波长为20 m的声波传播得更快一些

B．不能产生明显的衍射

C．它不能被人听到

D．不能产生反射现象

【答案】C　【解析】波速由介质决定，在同一介质中波速相同，故A错误；声波具有波的特性，能发生波的反射、折射和衍射，故B、D错误；根据v＝λf可知，f＝ Hz＝10 Hz，所以该波为次声波，人不能听见，故C正确．

5．(2020年静安区一模)如图，P为桥墩，A为靠近桥墩漂浮的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动．为使水波能带动叶片振动，可用的方法是(　　)

A．提高波源频率

B．提高波源周期

C．减小波源距桥墩的距离

D．增加波源距桥墩的距离

【答案】B　【解析】波源S连续振动，形成水波，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＝，波速不变，频率增大，波长减小，衍射现象不明显，反之提高波源周期，降低频率，波长增大，衍射现象更明显．衍射现象与传播距离无关，增加或减小波源距桥墩的距离，不会影响衍射现象的发生，故A、C、D错误，B正确．

6．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，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

【答案】A　【解析】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v＝λf知，声波在水中的波长较大，对应于题图中波形曲线b.故A正确．

7．(多选)以下关于波的认识，正确的是(　　)

A．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的折射原理

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

C．雷达的工作原理是利用波的反射

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

【答案】BCD　【解析】A、B、C选项中应用了波的反射现象，故A错误，B、C正确；D选项是波的折射现象， 深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D正确．

8．(2021届金山区一模)发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，如图所示，笔对波的传播(　　)

A．有影响，水波发生明显衍射现象

B．有影响，水波不发生明显衍射现象

C．无影响，水波发生明显衍射现象

D．无影响，水波不发生明显衍射现象

【答案】C　【解析】由波的衍射现象可知，当圆珠笔插入水中，笔尖的线度远小于水波的波长时，水波会发生明显的衍射现象，即笔对波的传播没有影响，故C正确，A、B、D错误．

9．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？

【答案】小于1 cm　【解析】在水槽中激发的水波波长为λ＝＝ m＝0.01 m＝1 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．故小孔直径d应小于1 cm.

10．如图所示，相邻实线间的距离等于一个波长，试大致画出波通过孔A和B以及遇到障碍物C和D之后的传播情况．

【答案】见解析　【解析】由题图可知，孔A和障碍物D跟波长相差不多，因此，从孔A传出的波和遇障碍物D之后的波均有明显的衍射现象；孔B和障碍物C跟波长相比相差较大，因此，从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波无明显的衍射现象．在画通过孔A的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔A为圆心的；遇障碍物D之后波的传播并没有受影响；而从孔B传出的波和遇障碍物C之后的波只沿直线传播．所以从孔A、B传出的波和遇障碍物C、D之后的波如图所示．

B组·能力提升

11．(多选)如图所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)

A．2与1的波长、频率、波速都相等

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

【答案】AD　【解析】波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，故A正确，B错误；波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错误，D正确．

12．(多选)如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪．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，下列说法中正确的有(　　)

A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

C．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

D．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

【答案】AD　【解析】A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象．故A、D正确．

13．(多选)(2021届泰州期末)如图所示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)之间距离表示一个波长．则(　　)

A．水面波经过孔后波速不变

B．水面波经过孔后波纹间距离可能变大

C．若波源频率增大，衍射现象更明显

D．如果将孔扩大，可能观察不到明显的衍射现象

【答案】AD　【解析】根据波速由介质来决定，可知水面波经过孔后波速不变，故A正确；水面波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B错误；如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ＝知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故C 错误；如果将孔AB扩大，孔的尺寸远大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故D正确．

14．(多选)(2020年南阳月考)如图所示，S为水平面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板间有一狭缝，此时测得图中A处没有振动，下列说法正确的是(　　)

A．使波源的振动频率减小，可以使A处的水振动起来

B．使波源的振动频率增大，可以使A处的水振动起来

C．移动N板使狭缝间距增大，可以使A处的水振动起来

D．当A点振动后，挡板两边的波纹间距相等

【答案】AD　【解析】A处质点没有振动，说明水波没有衍射过去，原因是MN间的缝太宽或波长太小，因此若要使A处质点振动起来，可增大水波的波长，即波源的振动频率减小，或移动N板使狭缝间距减小，故A正确，B、C错误；当A点振动后，挡板两边的波振动频率相同，波速大小相等，由v＝λf知波长相等，则波纹间距相等，故D正确．

15．有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s)

【答案】325 m　【解析】画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由A到C位移为s1，C到山崖B距离为s2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t，则t＝2 s．则＝＝t，解得s2＝＝＝ m＝325 m.

16．渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示．

(1)从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)．

(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)．

【答案】(1)见解析　(2)3 000 m

【解析】(1)如图所示．

(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3 m，

由波速公式得v＝fλ，①

鱼群与渔船的距离为x＝vt，②

联立①②式，代入数据得x＝3 000 m.