多普勒效應次聲波和超聲波

1、第5講 多普勒效應次聲波和超聲波多普勒效應當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率有了差別，這種現(xiàn)象叫多普勒效應。兩者相互接近時，接收到的頻率升高；兩者相互遠離時，接收到的頻率降低。在鐵路附近人們會聽到急駛而來的火車的鳴笛聲音調(diào)高昂；火車馳去時，鳴笛聲音調(diào)變得低沉，就是一例。這種現(xiàn)象是在1842年由奧地利物理學家多普勒加以解釋的。波源與觀察者的相對運動有三種情況：一種是波源靜止在媒質(zhì)中，觀察者相對于媒質(zhì)運動；第二種是觀察著靜止于媒質(zhì)中，波源相對于媒質(zhì)運動；第三種情況是波源與觀察者都相對于媒質(zhì)運動觀測者接收到的頻率 可用下式求出：。式中 是媒質(zhì)中的波速，v是觀察者相對于媒質(zhì)

2、的速度（當觀察者也向波源運動時，v取正值；當觀察者遠離波源運動時，v取負值。），u是波源相對于媒質(zhì)的速度（當波源向觀察者運動時，u取正值；當波源遠離觀察者運動時，u取負值。教師在線例1一列正在鳴笛的火車，高速通過某火車站站臺的過程中，該火車站站臺中部的工作人員聽到笛聲的頻率（ ）A、變大B、變小C、先變大后變小D、先變小后變大例2交通警察靜立于公路旁，手中的測速儀發(fā)出頻率為f0=2500Hz的聲波，一輛汽車以72km/h的速度迎面駛來，試求測速儀所接收到的反射波的頻率。同步訓練1我們騎自行車在公路旁向東走，一輛警車一邊發(fā)出警報聲，一邊飛速地從東迎面駛來又飛速向西離去，這一過程中，我們聽到的警報

3、聲的變化將是（ ）A音調(diào)先高后低 B音調(diào)先低后高 C音調(diào)沒有明顯變化 D頻率先高后低2如圖1048表示產(chǎn)生機械波的波源O做勻速運動的情況,圖中的圓表示波峰（1）該圖表示的是（ ）A干涉現(xiàn)象 B衍射現(xiàn)象 C反射現(xiàn)象 D多普勒效應（2）波源正在移向（ ）A.A點 B.B點 C.C點 D.D點（3）觀察到波的頻率最低點是（ ）A.A點 B.B點 C.C點 D.D點3關于多普勒效應，下列說法中正確的是（ ）A當波源與觀察者相對運動時，才會發(fā)生多普勒效應 B當波源與觀察者相對靜止時，才會發(fā)生多普勒效應C只有機械波能發(fā)生多普勒效應 D不僅機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應4有一測速雷達，發(fā)射電磁波頻率

4、為f1，想用它來測量一迎面開來的汽車的車速，設該雷達接收到的從汽車反射回來的反射波頻率為f2，則（ ）A. f1>f2 B. f1=f2 C. f1<f2 D. 無法確定5公路巡警開車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，說明那輛轎車的車速（ ）A大于100km/h B小于100km/h C等于100km/h D無法確定6有一種用鋼絲操縱做圓周飛行的飛機模型，裝有活塞式發(fā)動機作為動力。操縱者站在圓心，在他聽來飛機發(fā)動機工作時發(fā)出的聲音是平衡不變的，

5、場邊觀察者聽到的聲音忽高忽低做周期性變化，這是由于 ，這種現(xiàn)象叫 。拓展嘗新7經(jīng)研究表明，光是一種電磁波，光波和一切波一樣也具有波動性。在組成白光的七種單色光中，紅光波長最長、頻率最低，紫光波長最短、頻率最高。20世紀20年代，美國天文學家哈勃觀察恒星光譜時，發(fā)現(xiàn)所有恒星原定的譜線都向紅光一端發(fā)生明顯的偏移，這就是著名的“哈勃紅移”。也就是說，既然光譜原定的頻率的譜線向紅端移動，就是觀測到光的頻率減小了。據(jù)你所學過的知識，請類比猜想這是光波的什么現(xiàn)象；并簡單說明這一現(xiàn)象能否支持“宇宙是膨脹的”（即“宇宙大爆炸”）這一前沿理論？8一個觀察者在鐵路旁，當火車迎面開來時，他聽到的汽笛聲頻率為f1=4

6、40Hz；當火車駛過他身旁后，他聽到的汽笛聲頻率為f2=392Hz，若空氣中聲速為340m/s，求火車的速度。v=19.6m/s次聲波和超聲波次聲波和超聲波（1）人耳能聽到的聲波的頻率范圍是有限的，大致在20Hz到20000Hz之間。頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波，頻率高于20000Hz的聲波稱為超聲波。（2）特性和應用 次聲波：次聲波傳播距離遠、速度大于海浪傳播速度和臺風移動的速度，所以接收次聲波可預報破壞性很大的海嘯、臺風。 超聲波：超聲波具有不可聞、穿透能力強、液壓沖擊大等特點，可廣泛應用于現(xiàn)代生產(chǎn)技術、科學研究以及醫(yī)療衛(wèi)生中。教師在線例1 有人把鬧鐘放在玻璃罩中，用抽氣機抽出罩中的空

7、氣，最后聽不到鬧鐘鈴聲，裝置如圖所示，用自己的語言解釋這一現(xiàn)象。例2利用超聲波遇到物體發(fā)生反射，可測定物體運動的有關參量，如1050圖(a)中儀器A和B通過電纜線駁接，B為超聲波發(fā)射與接收一體化裝置，而儀器A為B提供超聲波信號源而且能將B接收到的超聲波信號進行處理并在熒幕上顯示其波形?，F(xiàn)固定裝置B，并將它對準勻速行駛的小車C，使其每隔固定時間T0發(fā)射一短促的超聲波脈沖（如圖b中幅度大的波形），而B接收到的由小車C反射波滯后的時間已在圖b中標出，其中T和T為已知量，另外還知道該測定條件下聲波在空氣中的速度為v0，測根據(jù)所給信息可判斷小車的運動方向為_（填“向左或”向右），速度大小為_。同步訓練1

8、每個人能聽到的聲音的波長范圍略有差異，如果某人只能聽到波長為0.02m8.5m范圍的聲音，那么當聲速為340m/s時，他能聽到的聲音的最低頻率為 ，最高頻率為 。2超聲波在診斷、醫(yī)療和衛(wèi)生工作中也有廣泛的應用，我們?nèi)メt(yī)院看病的時候，常會被醫(yī)生要求去做“B超”檢查，所謂“B超”，就是“超聲波B型顯示切面成像的方法”的簡稱，通過“B超”檢測，可探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無異常。還可以確定腫瘤的有無、位置和大小等等，對此下列說法不正確的是（ ）A超聲波在水中傳播的距離要比光波和無線電波遠得多 B超聲波的穿透能力很強C超聲波的波長較長，容易發(fā)生明顯波的衍射現(xiàn)象 D臨床醫(yī)療中，通過“B超”檢測人體

9、是利用波的反射特性3有關超聲波和次聲波的下列說法中，正確的是（ ）A次聲波和超聲波都不能引起人類聽覺器官的感覺 B次聲波能發(fā)生衍射現(xiàn)象，而超聲波則不能發(fā)生C超聲波探傷儀利用的是超聲波穿透能力很強的原理D所謂B超就是超聲波B型顯示切面成像方法，是利用超聲波的反射，來探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無異常4海豚有完善的聲納系統(tǒng)，它能在黑暗的海水中準確而快速地捕捉到食物，避開敵害，其效果遠優(yōu)于現(xiàn)代的無線電定位系統(tǒng)，這是利用海豚自身發(fā)出的超聲波來完成的。海豚的聲納系統(tǒng)遠遠優(yōu)于無線電定位系統(tǒng)，如雷達，這是因為（ ）A海豚發(fā)出的波比無線電傳播的速度快，方向性好 B海豚發(fā)出的波比無線電波的頻率高，抗干擾能力

10、強C海豚發(fā)出的波比無線電波的能量大，傳播距離遠 D海豚發(fā)出的波在水中能量衰減比無線電波少5下列超聲波的應用是依據(jù)超聲波的哪個重要性質(zhì)？（1）利用超聲波碎膽結(jié)石。 。（2）探查金屬內(nèi)部的缺陷。 。 （3）利用超聲波將物體顆粒擊碎，制造各種納米材料。 。6如圖 (a)是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的速度。圖(b)中，P1、P2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2分別是P1、P2由汽車反射回來的信號。設測速儀勻速掃描，P1、P2之間的時間間隔t=1.0s，超聲波在空氣中傳播的速度是v=340m/s，若汽車在

11、接收到P1、P2兩個信號之間的時間內(nèi)前進的距離是_m，汽車的速度是_m/s。7臺北消息：1999年9月21日凌晨，臺灣南投地區(qū)發(fā)生了7.6級大地震，它是由臺灣中部大茅雙冬及車籠鋪兩塊斷層受到擠壓，造成劇烈上升及平行移位而形成的.已知地震波分三種：縱波(P波)，速度vP=9.9km/s；橫波(S波)，速度vS=4.5km/s；面波(L波)，速度vL<vS，在淺源地震中破壞力最大。 (1)位于震源上方的南投地區(qū)某中學實驗室內(nèi)有水平擺A與豎直擺B(如圖甲)，地震發(fā)生時最先劇烈振動的是哪個擺? (2)臺中市地震觀測臺記錄到的地震曲線假若如圖乙所示，則由圖可知a、b、c三種波形各對應于哪種地震波?

12、若在曲線圖上測得P波與S波的時間差為7.6S，則地震臺距震源(Z)多遠?(3)假若地震P波沿直線傳播到臺中市時，當?shù)氐乇砟硺酥疚镎駝臃较蜓貓D丙中ZT方向，測得某時刻該標志物的水平分位移x=23.1mm，豎直分位移y=0.4mm，試由此估算震源深度h.多普勒效應答案：教師在線：例1解：當聲源向著靜止的觀察者運動時，聲波的波長變短，觀察者接收到的頻率變大；當聲源遠離靜止的觀察者時，聲波的波長變長，觀察者接收到的頻率變小?；疖囃ㄟ^站臺時，先靠近站臺工作人員，然后又遠離，所以選項C對。例2解：沒汽車的運動速度為v=72km/h=20m/s，汽車接收到的波的頻率為：波被汽車反射后相當于波源向觀察者運動，所以交通警察接收到的聲波頻率為：同步訓練：1. AD2. (1)D (2)A (3)B3. AD4. C5. A6. 聲源和觀察者有相對運動，多普勒效應7. 略8. 略次聲波和超聲波答案：教師在線例1解：要清楚的解釋這一現(xiàn)象，應從兩個方面入手，一是聽不到鬧鐘的鈴聲，是因為沒有聲波傳播；二是傳播機械波的必備條件之一彈性介質(zhì)的存在。玻璃罩內(nèi)被抽成真空，說明真空不能傳播機械波。由繩索波的形成過程可知機械振動在介質(zhì)中傳播的機理質(zhì)點間存在相互作用的彈力，罩中沒有空氣，鈴聲就不能對周圍空間施力，周圍空間就不能將鈴的振動向外傳播，故聽不到聲音。例2解