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10. (新科技)[郑州期末]如图所示为一种我国自主研发的超声导盲手杖。它可以发射超声波探测周围5 m内障碍物的情况,并处理成语音信号及时播放出来,达到“以听代视”的效果。该手杖可帮助视障人士辨别障碍物的方位、距离、大小甚至形状等信息。下列说法正确的是 (
A.频率高于2 000 Hz的声波就是超声波
B.超声波在空气中的传播速度比其他声波的传播速度快
C.超声波信号遇到障碍物后不会发生反射现象
D.该导盲杖对障碍物的定位原理与蝙蝠的定位原理相同
D
)A.频率高于2 000 Hz的声波就是超声波
B.超声波在空气中的传播速度比其他声波的传播速度快
C.超声波信号遇到障碍物后不会发生反射现象
D.该导盲杖对障碍物的定位原理与蝙蝠的定位原理相同
答案
10.D
解析
【分析】
本题考查超声波的相关知识，需结合超声波的定义、声速的影响因素、声波的反射及回声定位原理，逐一分析各选项的正误。
【解析】
选项A：超声波是频率高于20000Hz的声波，并非高于2000Hz，因此A错误。
选项B：声速的大小仅与介质种类和温度有关，与声波的频率无关，超声波在空气中的传播速度和其他声波相同，因此B错误。
选项C：所有声波遇到障碍物都会发生反射，导盲杖正是利用超声波的反射来探测障碍物，因此C错误。
选项D：蝙蝠的定位原理是回声定位，即通过发出的超声波遇到障碍物反射后获取位置信息；该导盲杖也是利用超声波的反射来辨别障碍物，二者原理相同，因此D正确。
【答案】
D
【知识点】
超声波、声的反射、回声定位
【点评】
本题围绕超声导盲手杖考查超声波的基础知识点，属于概念理解类题目，需准确区分超声波的定义、声速的影响因素，掌握回声定位的应用，难度较低。
【难度系数】
0.7
本题考查超声波的相关知识，需结合超声波的定义、声速的影响因素、声波的反射及回声定位原理，逐一分析各选项的正误。
【解析】
选项A：超声波是频率高于20000Hz的声波，并非高于2000Hz，因此A错误。
选项B：声速的大小仅与介质种类和温度有关，与声波的频率无关，超声波在空气中的传播速度和其他声波相同，因此B错误。
选项C：所有声波遇到障碍物都会发生反射，导盲杖正是利用超声波的反射来探测障碍物，因此C错误。
选项D：蝙蝠的定位原理是回声定位，即通过发出的超声波遇到障碍物反射后获取位置信息；该导盲杖也是利用超声波的反射来辨别障碍物，二者原理相同，因此D正确。
【答案】
D
【知识点】
超声波、声的反射、回声定位
【点评】
本题围绕超声导盲手杖考查超声波的基础知识点，属于概念理解类题目，需准确区分超声波的定义、声速的影响因素，掌握回声定位的应用，难度较低。
【难度系数】
0.7
11. ★★（科学推理）正常灰鲸的发声频率范围为15～25 Hz。生物学家发现变异灰鲸Alice，其发声频率为52 Hz，导致正常灰鲸“听不见”Alice的声音，如图所示为海豚的发声频率和听觉频率范围，灰鲸与海豚同属海洋哺乳动物。由此推理：正常灰鲸听觉频率范围（灰色横条）很可能是 （
C
）答案
11.C
解析
【分析】本题是结合生物知识的科学推理题，解题思路：1. 明确核心条件：正常灰鲸发声频率15～25Hz，变异灰鲸发声52Hz，正常灰鲸听不到该声音；且灰鲸与海豚同属海洋哺乳动物，可参考海豚的听觉特性（海洋哺乳动物听觉范围通常宽于自身发声范围）。2. 推理正常灰鲸的听觉范围：听不到52Hz→听觉上限＜52Hz；能听到同类发声（15～25Hz）→听觉下限≤15Hz，且15～25Hz在听觉范围内，因此听觉上限在25Hz到52Hz之间，结合选项特征即可选出答案。
【解析】根据题意，正常灰鲸的发声频率为15～25Hz，变异灰鲸Alice发声52Hz，正常灰鲸听不到Alice的声音，说明正常灰鲸的听觉频率范围不包含52Hz，即其听觉上限小于52Hz；又因为正常灰鲸能听到同类的发声（15～25Hz），说明其听觉频率范围包含15～25Hz，即听觉下限≤15Hz，且听觉上限在25Hz与52Hz之间。由于灰鲸与海豚同属海洋哺乳动物，海豚的听觉范围宽于自身发声范围，符合上述特征的正常灰鲸听觉频率范围对应选项C。
【答案】C
【知识点】科学推理、动物的听觉范围
【点评】本题将生物声学知识与逻辑推理结合，需要学生利用同类生物的共性进行知识迁移，同时准确分析“听不到某频率声音”对应的听觉范围特征，考察逻辑推理和知识应用能力。
【难度系数】0.5
【解析】根据题意，正常灰鲸的发声频率为15～25Hz，变异灰鲸Alice发声52Hz，正常灰鲸听不到Alice的声音，说明正常灰鲸的听觉频率范围不包含52Hz，即其听觉上限小于52Hz；又因为正常灰鲸能听到同类的发声（15～25Hz），说明其听觉频率范围包含15～25Hz，即听觉下限≤15Hz，且听觉上限在25Hz与52Hz之间。由于灰鲸与海豚同属海洋哺乳动物，海豚的听觉范围宽于自身发声范围，符合上述特征的正常灰鲸听觉频率范围对应选项C。
【答案】C
【知识点】科学推理、动物的听觉范围
【点评】本题将生物声学知识与逻辑推理结合，需要学生利用同类生物的共性进行知识迁移，同时准确分析“听不到某频率声音”对应的听觉范围特征，考察逻辑推理和知识应用能力。
【难度系数】0.5
12. ★★ 如图所示为一种身高测量仪，其顶部的感应器竖直向下发射超声波信号，经下方物体反射后返回，被感应器接收。某同学站上测高台，感应器记录信号从发射到接收所经历的时间为 $5 × 10^{-3}\ \mathrm{s}$。已知感应器距测高台的高度为 $2.8\ \mathrm{m}$，此时空气中的声速取 $340\ \mathrm{m/s}$，则该同学的身高为
1.95
m；已知空气中的声速随温度的升高而变大，若气温升高时仍用以上数据测算人的身高会 偏高
（选填“偏高”或“偏低”）。答案
12.1.95；偏高 【点拨】已知感应器记录信号从发射到接收所经历的时间为 $5×10^{-3}\ \mathrm{s}$，超声波从感应器到人的头部的传播时间 $t=\frac{1}{2}×5×10^{-3}\ \mathrm{s}=2.5×10^{-3}\ \mathrm{s}$，由 $v=\frac{s}{t}$ 可得，感应器到人头部的距离 $s = vt = 340\ \mathrm{m/s}×2.5×10^{-3}\ \mathrm{s}=0.85\ \mathrm{m}$，人的身高 $h=2.8\ \mathrm{m}-0.85\ \mathrm{m}=1.95\ \mathrm{m}$；气温升高，声速变大，在测量同一个人的身高时超声波用时变短，若仍用以上数据计算会使测量的感应器到该同学头顶的距离偏小，因此测算人的身高会偏高。
解析
【分析】
本题利用回声测距原理测量身高，解题思路为：首先明确超声波从感应器到头顶的时间是总时间的一半（因信号往返），再通过速度公式计算感应器到头顶的距离，最后用感应器到测高台的总高度减去该距离得到身高；同时需分析气温升高时声速变化对测量结果的影响，判断身高测算的偏差。
【解析】
1. 计算超声波单程传播时间：
已知信号从发射到接收的总时间为$5×10^{-3}\ \mathrm{s}$，则超声波从感应器到头顶的单程时间$t=\frac{1}{2}×5×10^{-3}\ \mathrm{s}=2.5×10^{-3}\ \mathrm{s}$。
2. 计算感应器到头顶的距离：
根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得感应器到人头部的距离$s=vt=340\ \mathrm{m/s}×2.5×10^{-3}\ \mathrm{s}=0.85\ \mathrm{m}$。
3. 计算同学的身高：
感应器距测高台高度为$2.8\ \mathrm{m}$，则同学身高$h=2.8\ \mathrm{m}-0.85\ \mathrm{m}=1.95\ \mathrm{m}$。
4. 分析气温升高的影响：
气温升高时声速变大，若仍用原时间计算，相同时间内超声波实际传播路程更大，但按原声速计算会得到感应器到头顶的距离偏小，因此测算的身高会偏高。
【答案】
1.95；偏高
【知识点】
回声测距、速度公式应用、声速影响因素
【点评】
本题结合实际身高测量场景，考查回声测距的原理、速度公式的应用，以及声速与温度的关系，需掌握往返时间的处理方法，理解声速变化对测量结果的影响，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.6
本题利用回声测距原理测量身高，解题思路为：首先明确超声波从感应器到头顶的时间是总时间的一半（因信号往返），再通过速度公式计算感应器到头顶的距离，最后用感应器到测高台的总高度减去该距离得到身高；同时需分析气温升高时声速变化对测量结果的影响，判断身高测算的偏差。
【解析】
1. 计算超声波单程传播时间：
已知信号从发射到接收的总时间为$5×10^{-3}\ \mathrm{s}$，则超声波从感应器到头顶的单程时间$t=\frac{1}{2}×5×10^{-3}\ \mathrm{s}=2.5×10^{-3}\ \mathrm{s}$。
2. 计算感应器到头顶的距离：
根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得感应器到人头部的距离$s=vt=340\ \mathrm{m/s}×2.5×10^{-3}\ \mathrm{s}=0.85\ \mathrm{m}$。
3. 计算同学的身高：
感应器距测高台高度为$2.8\ \mathrm{m}$，则同学身高$h=2.8\ \mathrm{m}-0.85\ \mathrm{m}=1.95\ \mathrm{m}$。
4. 分析气温升高的影响：
气温升高时声速变大，若仍用原时间计算，相同时间内超声波实际传播路程更大，但按原声速计算会得到感应器到头顶的距离偏小，因此测算的身高会偏高。
【答案】
1.95；偏高
【知识点】
回声测距、速度公式应用、声速影响因素
【点评】
本题结合实际身高测量场景，考查回声测距的原理、速度公式的应用，以及声速与温度的关系，需掌握往返时间的处理方法，理解声速变化对测量结果的影响，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.6
13. （图像分析）[长沙期中]在“5·12”专题教育活动中，我们知道了地震预警的原理。当地震发生时会产生频率低于
20
Hz的次声波，并同时产生纵波和横波，纵波比横波先到达地面，且破坏性较弱，当我们捕捉到纵波的信号后，可以利用电磁波抢在横波之前发出避险警报信息，以减小灾害损失。我们可以借助纵波和横波的传播速度不同监测震源的位置，图示两条直线分别表示这两种波从震源开始传播的距离s与所用时间t的关系，由此可知横波的速度为3
km/s，若测得这两种波先后到达某监测站的时间间隔为10 s，则震源到该监测站的距离为7.5×10⁴
m。答案
13.20；3；7.5×10⁴ 【点拨】次声波是一种频率低于 20 Hz 的声波，通常人类无法直接听到，地震时产生的次声波频率低于 20 Hz，因此不在人类听觉频率范围内，人类无法直接感知。由图可知，横波 25 s 传播的距离为 75 km，则横波的速度 $v_{\mathrm{横}}=\frac{s_{\mathrm{横}}}{t_{\mathrm{横}}}=\frac{75\ \mathrm{km}}{25\ \mathrm{s}}=3\ \mathrm{km/s}$；由图可知，纵波 20 s 传播的距离为 100 km，则纵波的速度 $v_{\mathrm{纵}}=\frac{s_{\mathrm{纵}}}{t_{\mathrm{纵}}}=\frac{100\ \mathrm{km}}{20\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{km/s}$；若测得这两种波先后到达某监测站的时间间隔为 10 s，设震源到该监测站的距离为 s，则 $\frac{s}{v_{\mathrm{横}}}-\frac{s}{v_{\mathrm{纵}}}=\frac{s}{3\ \mathrm{km/s}}-\frac{s}{5\ \mathrm{km/s}}=10\ \mathrm{s}$，解得 $s=75\ \mathrm{km}=7.5×10^4\ \mathrm{m}$。
解析
【分析】
本题需分三步解答：首先明确次声波的频率范围，次声波是频率低于20Hz的声波；其次从s-t图像中提取横波的路程与对应时间，利用速度公式计算横波速度；最后结合纵波和横波的速度，根据两者到达监测站的时间间隔建立方程，求解震源到监测站的距离，注意单位换算。
【解析】
1. 次声波的频率：次声波是频率低于20Hz的声波，因此第一空填20。
2. 横波速度计算：由图像可知，横波在时间$ t_{\mathrm{横}}=25\ \mathrm{s} $内传播的距离$ s_{\mathrm{横}}=75\ \mathrm{km} $，根据速度公式$ v=\frac{s}{t} $，横波速度$ v_{\mathrm{横}}=\frac{s_{\mathrm{横}}}{t_{\mathrm{横}}}=\frac{75\ \mathrm{km}}{25\ \mathrm{s}}=3\ \mathrm{km/s} $。
3. 震源到监测站的距离计算：由图像得纵波速度，纵波在$ t_{\mathrm{纵}}=20\ \mathrm{s} $内传播$ s_{\mathrm{纵}}=100\ \mathrm{km} $，故$ v_{\mathrm{纵}}=\frac{100\ \mathrm{km}}{20\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{km/s} $。设震源到监测站的距离为$ s $，两种波到达的时间间隔为10s，即$ \frac{s}{v_{\mathrm{横}}}-\frac{s}{v_{\mathrm{纵}}}=10\ \mathrm{s} $，代入数据得：$ \frac{s}{3\ \mathrm{km/s}}-\frac{s}{5\ \mathrm{km/s}}=10\ \mathrm{s} $，通分计算：$ \frac{5s - 3s}{15}=10 $，解得$ s=75\ \mathrm{km}=7.5×10^4\ \mathrm{m} $。
【答案】
20；3；7.5×10⁴
【知识点】
次声波、速度公式、s-t图像分析
【点评】
本题结合地震预警的实际场景，考查次声波的概念及物理知识在实际中的应用，需准确解读s-t图像获取数据，利用速度公式和时间差建立方程求解，难度适中，注重知识的应用能力。
【难度系数】
0.5
本题需分三步解答：首先明确次声波的频率范围，次声波是频率低于20Hz的声波；其次从s-t图像中提取横波的路程与对应时间，利用速度公式计算横波速度；最后结合纵波和横波的速度，根据两者到达监测站的时间间隔建立方程，求解震源到监测站的距离，注意单位换算。
【解析】
1. 次声波的频率：次声波是频率低于20Hz的声波，因此第一空填20。
2. 横波速度计算：由图像可知，横波在时间$ t_{\mathrm{横}}=25\ \mathrm{s} $内传播的距离$ s_{\mathrm{横}}=75\ \mathrm{km} $，根据速度公式$ v=\frac{s}{t} $，横波速度$ v_{\mathrm{横}}=\frac{s_{\mathrm{横}}}{t_{\mathrm{横}}}=\frac{75\ \mathrm{km}}{25\ \mathrm{s}}=3\ \mathrm{km/s} $。
3. 震源到监测站的距离计算：由图像得纵波速度，纵波在$ t_{\mathrm{纵}}=20\ \mathrm{s} $内传播$ s_{\mathrm{纵}}=100\ \mathrm{km} $，故$ v_{\mathrm{纵}}=\frac{100\ \mathrm{km}}{20\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{km/s} $。设震源到监测站的距离为$ s $，两种波到达的时间间隔为10s，即$ \frac{s}{v_{\mathrm{横}}}-\frac{s}{v_{\mathrm{纵}}}=10\ \mathrm{s} $，代入数据得：$ \frac{s}{3\ \mathrm{km/s}}-\frac{s}{5\ \mathrm{km/s}}=10\ \mathrm{s} $，通分计算：$ \frac{5s - 3s}{15}=10 $，解得$ s=75\ \mathrm{km}=7.5×10^4\ \mathrm{m} $。
【答案】
20；3；7.5×10⁴
【知识点】
次声波、速度公式、s-t图像分析
【点评】
本题结合地震预警的实际场景，考查次声波的概念及物理知识在实际中的应用，需准确解读s-t图像获取数据，利用速度公式和时间差建立方程求解，难度适中，注重知识的应用能力。
【难度系数】
0.5
14. （科学思维）[厦门期中]屏下指纹的“全面屏”手机变得越来越普及，与传统指纹识别不同，该手机采用超声波指纹识别技术，通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射波分析得出指纹的信息，进行比对解锁。该系统向手指上若干个位置发射超声波，检测到被手指反射的信号时所需的时间随位置的变化情况如图所示，则指纹的大致形状，最符合实际情况的是（
D
）答案
14.D 【点拨】检测到被手指反射的信号时所需的时间随位置的变化情况如题图所示，超声波的传播速度一定，接收到超声波所用的时间越长，说明距离手机屏幕越远，由图可知指纹的大致形状，故 D 正确。
解析
【分析】
要判断指纹的大致形状，需利用超声波的传播规律：超声波的传播速度是定值，根据公式$s=vt$，反射信号的时间越长，说明超声波往返的路程越大，对应该位置的指纹离手机屏幕越远（即指纹的凹陷处，谷）；时间越短，对应指纹离屏幕越近（即指纹的凸起处，脊）。题目中时间随位置的变化为：先变长→再变短→再变长→再变短，对应指纹的形状应是“凸起→凹陷→凸起→凹陷→凸起”，即有两个凹陷处，据此分析选项。
【解析】
超声波的传播速度$v$恒定，由$s=vt$可知，检测到反射信号的时间$t$与传播距离$s$成正比，$t$越大，$s$越大，说明该位置的指纹离手机屏幕越远（凹陷处）；$t$越小，$s$越小，说明指纹离屏幕越近（凸起处）。
观察题图中时间随位置的变化：位置从左到右，时间依次为短→长→短→长→短，对应指纹的形状为：先凸起（时间短），再凹陷（时间长），再凸起（时间短），再凹陷（时间长），最后凸起（时间短），即存在两个凹陷处。对比选项，只有D选项的指纹形状符合该特征。
【答案】
D
【知识点】
超声波的应用、速度公式
【点评】
本题将物理知识与生活中的科技产品结合，考查学生对超声波传播规律的理解，核心是明确时间与距离的关系，进而对应指纹的形状，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】
0.5
要判断指纹的大致形状，需利用超声波的传播规律：超声波的传播速度是定值，根据公式$s=vt$，反射信号的时间越长，说明超声波往返的路程越大，对应该位置的指纹离手机屏幕越远（即指纹的凹陷处，谷）；时间越短，对应指纹离屏幕越近（即指纹的凸起处，脊）。题目中时间随位置的变化为：先变长→再变短→再变长→再变短，对应指纹的形状应是“凸起→凹陷→凸起→凹陷→凸起”，即有两个凹陷处，据此分析选项。
【解析】
超声波的传播速度$v$恒定，由$s=vt$可知，检测到反射信号的时间$t$与传播距离$s$成正比，$t$越大，$s$越大，说明该位置的指纹离手机屏幕越远（凹陷处）；$t$越小，$s$越小，说明指纹离屏幕越近（凸起处）。
观察题图中时间随位置的变化：位置从左到右，时间依次为短→长→短→长→短，对应指纹的形状为：先凸起（时间短），再凹陷（时间长），再凸起（时间短），再凹陷（时间长），最后凸起（时间短），即存在两个凹陷处。对比选项，只有D选项的指纹形状符合该特征。
【答案】
D
【知识点】
超声波的应用、速度公式
【点评】
本题将物理知识与生活中的科技产品结合，考查学生对超声波传播规律的理解，核心是明确时间与距离的关系，进而对应指纹的形状，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】
0.5
