3.5多普勒效应 学案 高二上学期物理人教版 选择性必修第一册

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3.5多普勒效应知识点1多普勒效应【生活实例】站在火车站台上的旅客发现火车在进站时的鸣笛声的音调变高了，而火车出站时的鸣笛声的音调变低了。这是怎么回事？1、多普勒效应波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。人们把这种现象叫作多普勒效应。多普勒效应是波独有的特征，它是在1842年由奥地利物理学家多普勒首先发现的。2、多普勒效应的解释（1）波源和观察者相对静止在单位时间内，波源发出多少个完全波，观察者就接收到多少个完全波，因此f波源＝f观察者，观察者感觉到波源的频率不变，即音调不变，如图甲所示。（2）波源不动，观察者运动波源频率不变，当观察者靠近波源时，在单位时间内观察者向着波源移动一段距离，与观察者不动的情况相比，观察者在单位时间内接收到（遇到）的完全波的个数增多，即接收到的频率增大，f波源＜f观察者，从而使观察者感到音调比两者相对静止时的音调高，如图乙所示。同理，若观察者远离波源运动，则有f波源f观察者，即接收频率减小，音调比原来低；若观察者远离的速度等于波传播的速度，则观察者接收不到波，即f观察者＝0。（3）观察者不动，波源动设波源频率不变，而波源靠近观察者，由于波向前传播1个波长的距离时，波源也向前运动一段距离，这样使波传播的波长减小。在空间传播的波在同样的距离上包含完全波的个数增多，因此单位时间内观察者接收到完全波的个数比二者相对静止时多，因此有f波源＜f观察者，观察者感觉到波源的频率增加，音调比两者相对静止时要高，如图丙所示。同理，当波源远离观察者时f波源f观察者。总之，当波源与观察者相互靠近时，f波源＜f观察者，音调比两者相对静止时高；当波源与观察者相互远离时，f波源f观察者，音调比两者相对静止时要低。提醒①在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。②多普勒效应是波共有的特征，电磁波和光波也会发生多普勒效应。③多普勒效应的产生不是取决于波源到观察者的距离，而是取决于波源相对于观察者运动速度的大小和方向，观察者在垂直于波的传播方向上移动时，不产生多普勒效应。例题：1、关于多普勒效应，下列说法正确的是（　　）A．发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C．当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应D．只有声波才能发生多普勒效应

12、如图所示，产生机械波的波源O做匀速运动，图中圆表示波峰，已知波源的频率为，则下列说法正确的是（　　）A．该图表示波源正在向A点移动B．观察者在A点接收波的频率是定值且大于C．观察者在B点接收波的频率是定值且大于D．观察者在C点或D点接收波的频率是定值且大于3、（多选）一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比（　　）A．波速变大B．波速不变C．频率变高D．频率不变知识点2多普勒效应的应用多普勒效应在生产、生活上的应用越来越广，其应用的主要方式是通过测速度来判断研究对象的状况，具体应用如下：（1）超声波测速：发射装置向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率。据反射波频率的变化的多少可以知道车辆的速度。（2）红移现象：在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”，所谓“红移现象”，就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释。由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波长变大）的红端移动。科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度。这种现象是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。（3）医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血液反射后被仪器接收。测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，据此诊断疾病。（4）可根据火车汽笛的音调的变化判断火车是进站还是出站；根据炮弹飞行的尖啸声判断炮弹飞行的方向等。（5）测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可测得星球的速度。（6）应用多普勒效应还可以跟踪人造地球卫星。例题：（多选）下面哪些应用是利用了多普勒效应（　　）A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去能力拓展利用多普勒效应求速度当波源和观察者在两者的连线上运动时，观察者接收到波的频率会发生变化，观察者根据接收到的频率能求出相应运动者的速度，具体分类讨论如下：设表示波源相对于介质的速度，表示观察者相对于介质的速度，表示波的传播速度，和分别表示波源频率和观察者接收到的频率。（1）波源和观察者相对于介质都不动：单位时间内波源振动次，波传播距离是，即发

2出的波分布在长度上，共有个波长，观察者接收到的频率是单位时间内通过观察者的完全波数，故，即接收到的频率等于波源的频率。如图所示。（2）波源相对于介质不动，而观察者向波源运动：波相对于观察者的速度为，根据公式，知，即接收到的频率增加为波源频率的倍。同理可知，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率为。如图所示。（3）观察者静止，波源以速度向观察者运动：波速与波源的运动无关，但波长被压缩为。故观察者接收到的频率。即接收到的频率增大，反之，即波源远离观察者时，接收到的频率减小，。如图所示。例题：正在报警的警钟，每隔0.5s响一声，声波在空气中的速度v=340m/s，警钟已响了很久，问t=5min内，（1）如果警钟不动，某人乘坐速度u=20m/s的汽车向警钟接近，能听到几次钟响？（2）如果某人不动，汽车带着警钟以u=20m/s的速度向人接近，人能听到几次钟响？（3）如果人和警钟都以u=20m/s的速度相互接近或远离，人分别能听到几次钟响？易错防范：某人站在地面上某处，一架飞机由远而近从人的头顶上方匀速飞过，则人听到飞机发出声音的频率（）A．越来越低B．越来越高C．先变高后变低D．先变低后变高高考真题：

3（多选）在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有（　　）A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同课后训练1、频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度（u＜v），f表示接收器接收到的频率．若u增大，则（　　）A．f增大，v增大B．f增大，v不变C．f不变，v增大D．f减少，v不变2、分析下列物理现象：①“闻其声而不见其人”；②学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；③当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高．这些物理现象分别属于波的（　　）A．折射、干涉、多普勒效应B．衍射、多普勒效应、干涉C．折射、衍射、多普勒效应D．衍射、干涉、多普勒效应3、下列有关地震波的说法，不正确的是（　　）A．地震波是地球释放能量的一种方式B．地震波中的纵波比横波传播快，利用它们传播的时间差可以提前预警C．地震波与电磁波都具有多普勒效应D．地震波可以比真空中的光速传播快

44、蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效．这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是（　　）A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39000HzB．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz5、（多选）下列哪些现象是多普勒效应（　　）A．远去的汽车声音越来越小B．炮弹迎面飞来，声音刺耳C．火车向你驶来时，音调变高，远离你而去时，音调变低D．大风中，远处人的说话声时强时弱6、如图所示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。（1）该图表示的是（）A．干涉现象B．衍射现象C．反射现象D．多普勒效应（2）波源正在向哪处移动（）A．AB．BC．CD．D（3）观察到波的频率最低的位置是（）A．AB．BC．CD．D7、正在报警的警钟，每隔0.4s响一声，有辆警车以72km/h的速度向警钟所在地赶来，则该警车内的警察在2min内能听到多少次响声？（报警信号在空气中传播速度为340m/s）8、一个观察者在铁路旁边，当火车驶近时，他听到汽笛声频率为f1=440Hz。当火车驶去时，他听到汽笛声频率为f2=392Hz，设空气中的声速为330m/s，求火车的速度v1是多少？