第3.5節(jié) 多普勒效應（解析版）

其次章·機械振動第05講多普勒效應目目標導航學問要點難易度1．多普勒效應：靠近波源，頻率上升2．多普勒效應的應用3．適應范圍：一切機械波和電磁波★★★★★★知知識精講學問點01多普勒效應[觀看思考]當搶救車、消防車從身邊奔馳而過時，你有沒有留意過它們鳴笛聲的音調(diào)發(fā)生了變化?[答案]：向你駛來時，你會覺得音調(diào)上升了;當車輛離你而去時，音調(diào)降低了。1.音調(diào)：音調(diào)由頻率打算，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。觀看者聽到的聲音的音調(diào)是由觀看者接收到的頻率即單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)打算的。2.波源頻率和接收頻率；(1)完全波：波源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，稱為一個完全波。(2)波源頻率：單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。(3)接收頻率：觀看者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)，即感覺到波的頻率。3.多普勒效應：波源與觀看者有相對運動時（靠近或遠離），接收到的波的頻率都會發(fā)生變化（高于波源頻率或低于波源頻率）的現(xiàn)象。波源與觀看者相互靠近時，感覺聲音“尖銳”，而相互遠離時感覺聲音“低沉”。4.多普勒效應產(chǎn)生的緣由：(1)波源與觀看者相對靜止時，1s內(nèi)通過觀看者的波峰(或密部)的數(shù)目是肯定的，即觀看者的接受頻率等于波源頻率.(2)當波源與觀看者相互靠近時，1s內(nèi)通過觀看者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀看到的頻率增加即接受頻率>波源頻率；反之，當波源與觀看者相互遠離時，接受頻率<波源頻率。(3)波源與觀看的相對運動速度越大，觀看到的頻率轉(zhuǎn)變也越大，即多普勒效應越明顯。波速（機械波）即波的前沿傳播速度只打算于介質(zhì)，并不由于波源相對于介質(zhì)有相對運動而轉(zhuǎn)變。5.多普勒效應的拓展理解：(1)發(fā)生多普勒效應時波源頻率（周期）并沒有發(fā)生轉(zhuǎn)變，而是觀看者感覺頻率有轉(zhuǎn)變。(2)由于運動的相對性，描述波源與觀看者的運動一般用介質(zhì)做為參考系。既可以是波源運動，也可以是觀看者運動，也可以是兩者以不同速度運動。(3)當觀看者遠離聲源速度大于聲音傳播速度時，將聽不到聲音。(4)多普勒效應不僅機械波會發(fā)生，電磁波也會發(fā)生，即一切波動都會發(fā)生多普勒效應?！纠?】關于多普勒效應，下列說法中不正確的是()A．發(fā)生多普勒效應時波源的頻率保持不變B．要發(fā)生多普勒效應，波源和觀看者間必需有相對運動C．只有聲波會發(fā)生多普勒效應D．機械波、電磁波和光波都會發(fā)生多普勒效應【答案】C【解析】發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率沒有發(fā)生轉(zhuǎn)變，波源與觀看者之間相互靠近或相互遠離時，觀看者接收到的波的頻率發(fā)生變化，即發(fā)生多普勒效應，而且機械波、電磁波和光波都會發(fā)生多普勒效應。故C錯誤，A、B、D正確?！纠?】新型列車動車組速度可達487.3km/h，與該車汽笛聲的音調(diào)相比。(1)站在車運動前方路旁的觀看者聽起來音調(diào)______(選填“偏高”或“偏低”)。站在車運動后方路旁的觀看者聽起來音調(diào)________(選填“偏離”或“偏低”)。(2)迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調(diào)怎樣？此時列車汽笛聲的音調(diào)變化了嗎？(3)坐在新型列車動車組上的乘客聽起來音調(diào)怎樣？【答案】(1)偏高偏低(2)偏高不變(3)不變【解析】(1)站在車運動前方的觀看者與列車在靠近，因此聽起來音調(diào)偏高；站在車運動后方的觀看者與列車在遠離，因此聽起來音調(diào)偏低。(2)迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調(diào)偏高，此時列車汽笛聲的音調(diào)不變。(3)坐在新型列車動車組上的乘客與該列車的相對位置不變，故聽起來音調(diào)不變?！纠?】(多選)如圖所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐在秋千上來回搖擺，下列關于女同學的感受的說法正確的是()A．女同學從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B．女同學從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學在C點向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低【答案】AD【解析】女同學蕩秋千的過程中，她向右運動時，她與波源之間的距離變短，依據(jù)多普勒效應，她會感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學向左運動時，她會感到哨聲音調(diào)變低，A、D正確，B、C錯誤。學問點02多普勒效應的應用1，原理：當兩者相互遠離時，觀看者接收到的波的頻率變?。划攦烧呦嗷タ拷鼤r，觀看者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變。因此利用觀看到頻率的變化計算出波源的運動速度。(1).測車輛速度；交警向行進中的車輛放射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，依據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度.(2).測星球速度；測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發(fā)光的頻率對比，可得星球靠近或遠離我們的速度.(3).測血流速度；向人體內(nèi)放射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就可得血流速度，彩超即利用此原理。2，多普勒效應的常見狀況：相對位置圖示結(jié)論波源S和觀看者A相對靜止不動f波源＝f觀看者，音調(diào)不變波源S不動，觀看者A運動，由A→B或A→C靠近波源，由A→B，則f波源<f觀看者，音調(diào)變高；遠離波源，由A→C，則f波源>f觀看者，音調(diào)變低觀看者A不動，波源S運動，由S→S2f波源<f觀看者，音調(diào)變高【例4】大路巡警車在高速大路上以100km/h的恒定速度巡查，巡警車向前方在同一車道上的一輛轎車發(fā)出一束已知頻率的電磁波，結(jié)果該電磁波被此輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低。(1)此現(xiàn)象屬于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效應 D．波的反射(2)若該路段限速為100km/h，則轎車是否超速？(3)若轎車以20m/s的速度行進，反射回的電磁波頻率應怎樣變化？【答案】(1)C(2)超速(3)變大【解析】(1)巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，此現(xiàn)象為多普勒效應，故選C。(2)因巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，由多普勒效應知巡警車與轎車在相互遠離，而巡警車車速恒定又在后面，可推斷轎車車速比巡警車車速大，故轎車超速。(3)若轎車以20m/s的速度行進，此時巡警車與轎車在相互靠近，由多普勒效應知反射回的電磁波頻率應變大?！纠?】(多選)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)做勻速圓周運動,一觀看者站在離圓心很遠的P點且相對于圓心靜止,如圖所示,則觀看者接收到在A處發(fā)出聲音的頻率600Hz，在B處發(fā)出聲音的頻率600Hz，在C處發(fā)出聲音的頻率600Hz，在D處發(fā)出聲音的頻率600Hz。A.聲源在A點時發(fā)出聲音的頻率大于600HzB.聲源在B點時發(fā)出聲音的頻率等于600HzC.聲源在C點時發(fā)出聲音的頻率等于600HzD.聲源在C點時發(fā)出聲音的頻率小于600HzE.聲源在D點時發(fā)出聲音的頻率小于600Hz【答案】>,=,<,=【解析】A點接近觀看者的趨勢，故接受頻率增加，C點有遠離觀看者的趨勢，接受頻率減小，聲源在B、D兩點的速度方向垂直O(jiān)點與觀看者的連線，因此不變。※學問點03幾種特殊的多普勒現(xiàn)象1，音障：飛機速度接近聲速時會使發(fā)動機發(fā)出的聲波波面在飛機的前方積累形成音障。2，艏波：當波源移動的速度接近介質(zhì)中的波速?？伎键c題型題型01多普勒效應概念辨析1.如圖所示是用發(fā)波水槽演示多普勒效應原理的試驗照片，波源以固定頻率振動并以恒定速度移動，質(zhì)點A、B位于水波對稱軸x軸上，下列說法中正確的是（

）（A）A處波速小于B處波速（B）A處波速大于B處波速（C）波源向x軸正方向運動（D）波源向x軸負方向運動【答案】D【詳解】AB．機械波傳播速度與介質(zhì)有關，A、B位于同一介質(zhì)，故波速相等，A、B錯誤；CD．在A點單位時間內(nèi)接收到的波面比B點多，則在A點觀看到的頻率比在B點觀看到的頻率高，因此波源向x軸負方向運動，C錯誤D正確。題型02聽到幾次警報[歸納總結(jié)]周期性發(fā)生警報類似于波源的周期性振動，應用多普勒效應原理進行計算。先求解波前之間的實際距離d（類似于λ'），再求解波源和觀看者相對運動的距離s，則警報次數(shù)n=s/d?！纠?】一個報警器每1s發(fā)出一聲警報，某人在速度為100m/s的高鐵內(nèi)向著報警器運動，假設聲音傳播速度為300m/s，問該人1min能聽到幾次警報？【答案】80次【解析】我們將該問題形象化一點，比如報警器發(fā)出警報猶如放射一個個小球，聲音在空氣中傳播猶如小球在空氣中運動，由于每1s放射一個小球，且依據(jù)小球在空氣中運動的速度為300m/s，所以小球與小球之間的距離：d=300m/s*1s=300m小球猶如一列隊伍一樣，保持間距為300米，以300m/s的速度前進，而人以100m/s的速度前進，依據(jù)相向運動的規(guī)律可知，人1min相對“小球隊伍”走過的距離為：s=(300+100)×60s=24000m留意，小球與小球間距為300m，所以人1min能遇到的小球個數(shù)為：n=24000/300=80次即1分鐘內(nèi)能聽到80次報警?！嗥绽招墓酵茖Э拷?，分子+分母-，遠離，分子-分母+題型03速度矢量分解分析多普勒效應[歸納總結(jié)]發(fā)生多普勒效應是波源和觀看者發(fā)生相對運動，該相對運動是指沿波源和觀看者連線方向的運動。假如速度不是沿連線，需要對速度做矢量分解?！纠?】某人站在地面上某處，一架飛機由遠而近從人的頭頂上方勻速飛過，則人聽到飛機發(fā)出聲音的頻率()A．越來越低 B．越來越高C．先變高后變低 D．先變低后變高【答案】A【解析】當飛機飛近人時，將飛機的速度分解，如圖甲所示，飛機相對人的速度為v1＝vcosα，α越來越大，則v1越來越小，即人聽到飛機聲音的頻率越來越低，但總是f聽>f源。當飛機遠離人時，將飛機的速度分解如圖乙所示，飛機相對人的速度v3＝vcosα，α越來越小，則v3越來越大，即人聽到飛機聲音的頻率越來越低，且都是f聽<f源，故在飛機飛過頭頂?shù)倪^程中人聽到的聲音頻率始終是越來越低，即A項正確。具體地說：當飛機到達頭頂正上方之前，f聽>f源；恰好在人頭頂正上方時，f聽＝f源；越過頭頂正上方之后，f聽<f源?！練w納總結(jié)】對多普勒效應的理解觀看者聽到的音調(diào)的高、低取決于他接收到的聲波頻率的大小。在聲源發(fā)聲頻率不變的狀況下，觀看者接收到的頻率的變化狀況取決于兩者之間是否有相對運動以及相對運動速度的方向和大小。鞏鞏固練習1.下列關于機械波的說法正確的是（）（A）發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率發(fā)生了變化（B）驅(qū)動力的頻率越接近物體的固有頻率時物體振動的振幅越大（C）波發(fā)生反射時，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化（D）發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物的尺寸比波長大或差不多【答案】B【詳解】A．發(fā)生多普勒效應時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，A錯誤；B．驅(qū)動力的頻率越接近物體的固有頻率時物體振動的振幅越大，故B正確；C．波發(fā)生反射時在同一介質(zhì)中，頻率、波長和波速均不變，故C錯誤；D．波生明顯衍射的條件是障礙物的尺寸比波長小或相差不多，故D錯誤。2.下列說法中錯誤的是（）（A）該圖表示的是多普勒現(xiàn)象（B）此時波源正在向A觀測者靠近（C）CD兩位觀測者此時接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率相等（D）B觀測者此時接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率【答案】C【詳解】A．該圖表示由波源移動而引起的多普勒效應，故A正確；B．觀測者A在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)最多，說明波源向A觀測者靠近，故B正確；C．波源與CD觀測者間的距離不斷增大，故接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故C錯誤；D．波源與觀測者B的距離不斷增大，故觀測者接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故D正確。3.如圖所示，光滑水平細桿兩端固定，小滑塊與輕彈簧相連，并套在細桿上，輕彈簧左端固定；在小滑塊上固定一個能持續(xù)發(fā)出單一頻率聲音的蜂鳴器?；瑝K與蜂鳴器靜止時處于點，現(xiàn)將其拉到點由靜止釋放，滑塊與蜂鳴器就沿著細桿在、之間振動起來。某同學站在右側(cè)，耳朵正好在延長線上，滑塊與蜂鳴器整體視為質(zhì)點，則（）（A）該同學聽到的蜂鳴器的聲音是斷斷續(xù)續(xù)的（B）該同學聽到的蜂鳴器振動時的聲音總是比靜止時音調(diào)高（C）假如增大滑塊與蜂鳴器振動的振幅，其振動周期肯定增大（D）滑塊與蜂鳴器的振動可以視為簡諧運動【答案】D【詳解】AB．滑塊與蜂鳴器沿著細桿在、之間振動時，該同學聽到的蜂鳴器聲音的音調(diào)忽高忽低，這是多普勒現(xiàn)象，故AB錯誤；CD．滑塊與蜂鳴器的振動可以視為簡諧運動，其周期與振幅無關，故C錯誤，D正確。4.下列關于機械振動和機械波的說法，正確的是（）（A）聲源靠近觀看者，觀看者接受到的聲波頻率大于聲源的頻率（B）衍射是橫波特有的現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象（C）固有頻率為2Hz的振子在9Hz的驅(qū)動力作用下做受迫振動的振動頻率為2Hz（D）兩列相同頻率的波的疊加區(qū)域內(nèi)到兩波波源距離之差為波長的整數(shù)倍的點肯定是振動加強點【答案】A【詳解】A．聲源靠近觀看者，根觀看者接受到的聲波頻率大于聲源的頻率，故A正確；B．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，故B錯誤；C．固有頻率為2Hz的振子在9Hz的驅(qū)動力作用下做受迫振動的振動頻率為9Hz，故C錯誤；D．兩列相同頻率的波的疊加區(qū)域內(nèi)到兩波波源距離之差為波長的整數(shù)倍的點不肯定是振動加強點，只有兩列相同頻率，相位差恒定，振動方向全都的波才能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故D錯誤。5.多普勒效應在科學技術中有廣泛的應用。下列說法錯誤的是（）（A）利用多普勒測速儀，可以測量水在海底的流速（B）“彩超”利用了多普勒效應（C）多普勒效應不能用于天體爭辯（D）波源與觀看者相互靠近或者遠離時，觀看者接收到的波的頻率會發(fā)生變化【答案】C【詳解】A．利用多普勒測速儀，可以測量水在海底的流速，A正確，不符合題意；B．“彩超”的原理是向病人體內(nèi)放射超聲波，經(jīng)血液反射后接收，測出反射波的頻率變化，就可知血液的流速，這一技術利用了多普勒效應，B正確，不符合題意；C．多普勒效應可用于天體爭辯，C錯誤，符合題意；D．波源與觀看者相互靠近或者遠離時，觀看者接收到的波的頻率會發(fā)生變化，D正確，不符合題意；6.中國空間站持續(xù)發(fā)出頻率為f的監(jiān)測電波，地面監(jiān)測站先后接收到空間站通過A、B位置時的信號頻率分別為、，則（）（A） （B）（C） （D）【答案】A【詳解】依據(jù)多普勒效應，空間站先后經(jīng)過A、B位置，先靠近地面監(jiān)測站后漸漸遠離監(jiān)測站，所以信號頻率在靠近過程增大，在遠離過程頻率減小，因此：7.大路巡警開車在高速大路上以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，假如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．高于100km/h B．低于100km/hC．等于100km/h D．無法確定【答案】A【解析】由于巡警車(觀看者)接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，由多普勒效應知巡警車與轎車在相互遠離，而巡警車車速恒定又在后面，可判定轎車車速比巡警車車速大，故選項A正確，B、C、D錯誤。8．頻率肯定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動。以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的頻率。若u增大，則()A．f增大，v增大 B．f增大，v不變C．f不變，v增大 D．f減小，v不變【答案】B【解析】由于聲波的速度只由介質(zhì)打算，故v不變，依據(jù)多普勒效應可知，當聲源接近接收器時接收到的頻率變高，f增大，故B項正確。9．蝙蝠在地窖中飛來飛去時，它利用超聲脈沖導航格外有效，這種超聲脈沖是持續(xù)1ms或不到1ms的短促放射，且每秒重復放射幾次。假定蝙蝠的超聲脈沖的放射頻率為39000Hz，在一次正朝著表面平直的墻壁飛撲的期間，則下列推斷正確的是()A．墻壁接收到的超聲脈沖頻率等于39000HzB．蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于墻壁接收的頻率C．蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率大于墻壁接收的頻率D．蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于39000Hz【答案】C【解析】由于蝙蝠向墻壁靠近，所以墻壁接收的頻率大于39000Hz，蝙蝠接收到墻壁反射的頻率也大于墻壁接收的頻率。所以C正確。10．(多選)有兩個靜止的聲源，分別發(fā)出聲波1和聲波2，在同一空間的空氣中傳播。如圖所示為某時刻這兩列波的波動圖象。則下列說法正確的是()A．聲波1的波速比聲波2的波速大B．相對于同一障礙物，波1比波2的衍射現(xiàn)象更明顯C．這兩列波相遇時，不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D．遠離兩個聲源運動的觀看者，聽到這兩列波的頻率均比從聲源發(fā)出的頻率大【答案】BC【解析】兩列聲波在同一空間的空氣中傳播，波速大小相同，故A錯誤。聲波1和聲波2波長之比為λ1∶λ2＝2∶1，波長越長，相對于同一障礙物衍射現(xiàn)象越明顯，故B正確。兩波頻率之比為f1∶f2＝1∶2；干涉的必要條件之一是頻率相同，這兩列波不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，故C正確。觀看者遠離波源時，聽到的聲波頻率比從聲源發(fā)出的低，故D錯誤。11．輪船在進港途中的x-t圖象如圖所示，則在港口所測的輪船上霧笛發(fā)出聲音的頻率是下列選項中的()【答案】A【解析】由題中x-t圖象可知，輪船靠近港口時的速度先減小后增大，可知測得的頻率同樣先減小后增大，故A正確．12．如圖所示，人在距大路約50m的M處，一輛汽車以25m/s的速度從大路上勻速駛過，人聽到的汽車的頻率()A．始終是穩(wěn)定的 B．變得越來越高C．變得越來越低 D．先變低后變高【答案】C【解析】如圖所示，車相對人的速度為車勻速靠近時，θ變大，則v1變小，設汽車本身的頻率為f，聲音的傳播速速為v，依據(jù)多普勒效應可知，人聽到的汽車的頻率為，推斷可知，人聽到的汽車的頻率為在變低；當車與人的連線與車速方向垂直時，再向前運動則汽車背離人運動，車勻速遠離時，此過程車相對人的速度為，θ變大，則v1變大，由于汽車遠離人，人聽到的汽車的頻率為，推斷可知，人聽到的汽車的頻率為在變低。故選C。13．正在報警的警鐘每隔0.5s響一聲，一個人正坐在以60km/h的速度向著警鐘行駛的車中，已知聲音在空氣中的速度為330m/s，則這個人每分鐘能聽到幾聲警鐘？【答案】126聲【解析】首先依據(jù)題意，畫出示意圖(如圖所示)．若人坐