2023-2024學(xué)年人教版選擇性必修第一冊(cè) 3-5 多普勒效應(yīng)動(dòng) 學(xué)案

5多普勒效應(yīng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是多普勒效應(yīng)，理解多普勒效應(yīng)的形成原因(重點(diǎn))。2.了解多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，會(huì)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象(重點(diǎn))。一、多普勒效應(yīng)1．多普勒效應(yīng)波源與觀察者相互靠近或者相互遠(yuǎn)離時(shí)，______________的波的__________都會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。2．多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)當(dāng)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是________的，觀測(cè)到的頻率______波源振動(dòng)的頻率。(2)當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目________(選填“增加”或“減少”)，觀測(cè)到的頻率______(選填“增大”或“減小”)；反之，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀測(cè)到的頻率________(選填“增大”或“減小”)。只要觀察者與波源發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，觀測(cè)到的頻率就大于波源振動(dòng)的頻率，這種說法對(duì)嗎？為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系相對(duì)位置圖示結(jié)論(頻率、音調(diào)、波面)波源S和觀察者A相對(duì)靜止f觀察者＝f波源，音調(diào)不變波源S不動(dòng)，觀察者運(yùn)動(dòng)，由A→B或A→C由A→B，f觀察者>f波源，音調(diào)升高由A→C，f觀察者<f波源，音調(diào)降低觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)動(dòng)，由S→S′，接近觀察者或遠(yuǎn)離觀察者波源向哪運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)方向波面被壓縮較密集接近觀察者，f觀察者>f波源，音調(diào)升高遠(yuǎn)離觀察者，f觀察者<f波源，音調(diào)降低2.成因歸納(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且兩者間距發(fā)生變化。(2)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率保持不變，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化。(1)觀察者與聲源間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)也可能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。()(2)當(dāng)波源和觀察者向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定發(fā)生多普勒效應(yīng)。()(3)多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的。()(4)當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變小。()(5)甲、乙兩列車相向行駛，兩車均鳴笛，且所發(fā)出的笛聲頻率相同，那么乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率低于他聽到的乙車笛聲頻率。()例1如圖甲所示，某同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回?cái)[動(dòng)，如圖乙，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是()A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變低B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在點(diǎn)C向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在點(diǎn)C向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)變低例2(2022·江蘇蘇州市質(zhì)檢)如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)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(yīng)(2)波源正在移向________(選填“A”“B”“C”或“D”)點(diǎn)。(3)觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是________(選填“A”“B”“C”或“D”)點(diǎn)。例3一頻率為600Hz的聲源以20rad/s的角速度沿一半徑為0.8m的圓周(圓心為O點(diǎn))做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。一觀察者站在離圓心很遠(yuǎn)的P點(diǎn)且相對(duì)于圓心靜止，如圖所示，則觀察者接收到()A．聲源在A點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600HzB．聲源在B點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600HzC．聲源在C點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600HzD．聲源在D點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率小于600Hz二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．利用多普勒測(cè)速儀測(cè)速交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量反射波的____________，根據(jù)反射波____________變化的多少就能知道車輛的速度。2．利用超聲波測(cè)血流速度醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，測(cè)出被血管中的血流反射后的波的__________變化，就可知道血流的__________。3．利用光波的頻率變化，計(jì)算星球靠近或遠(yuǎn)離我們的________。拓展：紅移現(xiàn)象測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，可測(cè)得星球靠近或遠(yuǎn)離地球的速度。若星球遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)，接收到的光波的頻率變小，譜線就向頻率小的紅端移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為紅移現(xiàn)象。例4(2023·太原五中月考)關(guān)于多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，下列說法中不正確的是()A．發(fā)現(xiàn)星系譜線的“紅移”現(xiàn)象B．利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運(yùn)動(dòng)方向C．利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度D．目前在技術(shù)上人們只能利用聲波發(fā)生的多普勒效應(yīng)例5汽車無人駕駛技術(shù)已逐漸成熟，最常用的是ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，它可以控制無人車在前車減速時(shí)自動(dòng)減速、前車加速時(shí)自動(dòng)跟上去，其使用的傳感器主要是毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會(huì)發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時(shí)間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率變化來測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。若該雷達(dá)發(fā)射的無線電波的頻率為f，接收到的回波的頻率為f′，則()A．當(dāng)f＝f′時(shí)，表明前車與無人車速度相同B．當(dāng)f＝f′時(shí)，表明前車一定處于靜止?fàn)顟B(tài)C．當(dāng)f′>f時(shí)，表明前車在加速行駛D．當(dāng)f′<f時(shí)，表明前車在減速行駛5多普勒效應(yīng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是多普勒效應(yīng)，理解多普勒效應(yīng)的形成原因(重點(diǎn))。2.了解多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，會(huì)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象(重點(diǎn))。一、多普勒效應(yīng)1．多普勒效應(yīng)波源與觀察者相互靠近或者相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率都會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。2．多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)當(dāng)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀測(cè)到的頻率等于波源振動(dòng)的頻率。(2)當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加(選填“增加”或“減少”)，觀測(cè)到的頻率增大(選填“增大”或“減小”)；反之，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀測(cè)到的頻率減小(選填“增大”或“減小”)。只要觀察者與波源發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，觀測(cè)到的頻率就大于波源振動(dòng)的頻率，這種說法對(duì)嗎？為什么？答案不對(duì)，如果觀察者繞著波源做圓周運(yùn)動(dòng)，雖然兩者間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但觀察者接收的頻率與波源發(fā)出的頻率依然相等，并未發(fā)生多普勒效應(yīng)。1．相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系相對(duì)位置圖示結(jié)論(頻率、音調(diào)、波面)波源S和觀察者A相對(duì)靜止f觀察者＝f波源，音調(diào)不變波源S不動(dòng)，觀察者運(yùn)動(dòng)，由A→B或A→C由A→B，f觀察者>f波源，音調(diào)升高由A→C，f觀察者<f波源，音調(diào)降低觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)動(dòng)，由S→S′，接近觀察者或遠(yuǎn)離觀察者波源向哪運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)方向波面被壓縮較密集接近觀察者，f觀察者>f波源，音調(diào)升高遠(yuǎn)離觀察者，f觀察者<f波源，音調(diào)降低2.成因歸納(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且兩者間距發(fā)生變化。(2)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率保持不變，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化。(1)觀察者與聲源間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)也可能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。(×)(2)當(dāng)波源和觀察者向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定發(fā)生多普勒效應(yīng)。(×)(3)多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的。(×)(4)當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變小。(√)(5)甲、乙兩列車相向行駛，兩車均鳴笛，且所發(fā)出的笛聲頻率相同，那么乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率低于他聽到的乙車笛聲頻率。(×)例1如圖甲所示，某同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回?cái)[動(dòng)，如圖乙，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是()A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變低B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在點(diǎn)C向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在點(diǎn)C向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)變低答案D解析根據(jù)多普勒效應(yīng)，靠近聲源時(shí)，哨聲音調(diào)變高，遠(yuǎn)離聲源時(shí)，哨聲音調(diào)變低，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確。例2(2022·江蘇蘇州市質(zhì)檢)如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)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(yīng)(2)波源正在移向________(選填“A”“B”“C”或“D”)點(diǎn)。(3)觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是________(選填“A”“B”“C”或“D”)點(diǎn)。答案(1)D(2)A(3)B解析(1)該圖表示的是多普勒效應(yīng)，正確選項(xiàng)為D。(2)從波長(zhǎng)變化情況來看，波源正在移向A點(diǎn)。(3)由于波源遠(yuǎn)離B點(diǎn)，所以觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是B點(diǎn)。例3一頻率為600Hz的聲源以20rad/s的角速度沿一半徑為0.8m的圓周(圓心為O點(diǎn))做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。一觀察者站在離圓心很遠(yuǎn)的P點(diǎn)且相對(duì)于圓心靜止，如圖所示，則觀察者接收到()A．聲源在A點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600HzB．聲源在B點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600HzC．聲源在C點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600HzD．聲源在D點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率小于600Hz答案B解析根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率大于聲源的頻率，當(dāng)聲源和觀察者反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率，將聲源運(yùn)動(dòng)到A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)時(shí)，畫出來相對(duì)于觀察者的速度方向，可以得到聲源在A點(diǎn)有接近觀察者的趨勢(shì)，聲源在C點(diǎn)有遠(yuǎn)離觀察者的趨勢(shì)，聲源在B、D兩點(diǎn)的速度方向垂直O(jiān)點(diǎn)與觀察者的連線，所以在B、D兩點(diǎn)，觀察者接收到的頻率就等于聲源的頻率，而在A點(diǎn)觀察者接收到的頻率大于聲源的頻率，在C點(diǎn)觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率，故選B。二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．利用多普勒測(cè)速儀測(cè)速交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度。2．利用超聲波測(cè)血流速度醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，測(cè)出被血管中的血流反射后的波的頻率變化，就可知道血流的速度。3．利用光波的頻率變化，計(jì)算星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。拓展：紅移現(xiàn)象測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，可測(cè)得星球靠近或遠(yuǎn)離地球的速度。若星球遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)，接收到的光波的頻率變小，譜線就向頻率小的紅端移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為紅移現(xiàn)象。例4(2023·太原五中月考)關(guān)于多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，下列說法中不正確的是()A．發(fā)現(xiàn)星系譜線的“紅移”現(xiàn)象B．利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運(yùn)動(dòng)方向C．利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度D．目前在技術(shù)上人們只能利用聲波發(fā)生的多普勒效應(yīng)答案D解析星系譜線的“紅移”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是多普勒效應(yīng)在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，選項(xiàng)A正確；利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運(yùn)動(dòng)方向，這是多普勒效應(yīng)在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，選項(xiàng)B正確；利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，這是多普勒效應(yīng)在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，選項(xiàng)C正確；人們已可以利用電磁波的多普勒效應(yīng)進(jìn)行各種測(cè)量，D錯(cuò)誤。例5汽車無人駕駛技術(shù)已逐漸成熟，最常用的是ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，它可以控制無人車在前車減速時(shí)自動(dòng)減速、前車加速時(shí)自動(dòng)跟上去，其使用的傳感器主要是毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會(huì)發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時(shí)間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率變化來測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。若該雷達(dá)發(fā)射的無線電波的頻率為f，接收到的回波的頻率為f′，則()A