3-5-多普勒效應(yīng)(人教版2019版選擇性必修第一冊)-(解析版)

3.5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)，了解多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因。2．了解多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，會用多普勒效應(yīng)解釋一些現(xiàn)象。重點：多普勒效應(yīng)。難點：多普勒效應(yīng)中頻率變化的理解。知識點一、多普勒效應(yīng)1．現(xiàn)象：當(dāng)汽車向你駛來時，感覺音調(diào)變高；當(dāng)汽車離你遠(yuǎn)去時，感覺音調(diào)變低（音調(diào)由頻率決定，頻率高音調(diào)高；頻率低，音調(diào)低）。2．定義：波源與觀察者相互靠近或者遠(yuǎn)離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。由于波源與觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象。3．多普勒效應(yīng)的成因：發(fā)生多普勒效應(yīng)時，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動。聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接收到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的。（1）當(dāng)波源和觀察者相對介質(zhì)都靜止不動，即二者沒有相對運動時。單位時間內(nèi)波源發(fā)出幾個完全波，觀察者在單位時間內(nèi)就接收到幾個完全波。觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。（2）相互靠近——波源相對介質(zhì)不動，觀察者朝波源運動時（或觀察者不動，波源朝觀察者運動時）。單位時間內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目增加，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多，觀測到的頻率大于波源的頻率，即接收到的頻率增大。（3）相互遠(yuǎn)離——波源相對介質(zhì)不動，觀察者遠(yuǎn)離波源運動時（或觀察者不動，波源遠(yuǎn)離觀察者運動時）。觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減小?？傊郝曇舻囊粽{(diào)取決于頻率，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。當(dāng)波源與觀察者有相對運動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大，音調(diào)變高；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小，音調(diào)變低?！咎貏e提醒】（1）在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動，觀察者感到頻率發(fā)生了變化。（2）多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，不僅機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)。【題1】下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法，正確的是A．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)B．當(dāng)觀察者靠近聲源時，聽到聲音的音調(diào)升高，說明聲源的頻率升高了C．當(dāng)聲源和觀察者同時以相同的速度向同一方向運動時，不會發(fā)生多普勒效應(yīng)D．火車離站時，站臺上的旅客聽到火車的汽笛音調(diào)降低【答案】CD【解析】多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，不僅是機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)，A項錯誤。發(fā)生多普勒效應(yīng)時，聲源的頻率并沒有發(fā)生變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，B項錯誤。當(dāng)波源和觀察者以相同的速度同向運動時，兩者之間無相對運動，不會發(fā)生多普勒效應(yīng)，C項正確?；疖囯x站時，站臺上的旅客和火車相互遠(yuǎn)離，聽到火車的汽笛音調(diào)降低，D項正確?！绢}2】如圖分別反映了飛機以三種速度在空中（不考慮空氣的流動）水平飛行時，產(chǎn)生聲波的情況。圖中一系列圓表示聲波的傳播情況，A表示飛機的位置。請你利用給出的圖，確定飛機飛行速度最大的是_____（選填“甲”“乙”或“丙”）?！敬鸢浮勘窘馕觥款}圖甲中，飛機飛到A點時，聲波已傳播到前面了，即飛機慢于聲音，題圖乙中飛機與聲音速度相同，題圖丙中，飛機運動到A點時，聲波還在后面，故飛機運動快于聲音?！绢}3】如圖所示，男同學(xué)站立不動吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回擺動，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運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B．女同學(xué)從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)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(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運動時，她感到音調(diào)變低。選項A、D正確，B、C錯誤。【題4】（多選）下面說法中正確的是A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應(yīng)是波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的【答案】BCD【解析】當(dāng)波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，選項D正確。4．相對位置變化與頻率的關(guān)系（規(guī)律）相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所示f波源＝f觀察者，音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f波源＜f觀察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f波源＞f觀察者，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運動，由S→S2，如圖所示f波源＜f觀察者，音調(diào)變高觀測者向波源靠近時，波源頻率不變，但觀測者接收到的頻率增高，即音調(diào)增高；反之，觀測者與波源遠(yuǎn)離時，觀測者接收到的頻率降低、音調(diào)降低?！咎貏e提醒】（1）無論什么情況，發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源與觀察者肯定有相對運動，二者相互靠近時，觀察者接收到的頻率變高，相互遠(yuǎn)離時，接收到的頻率變低。（2）多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不是取決于觀察者距波源多遠(yuǎn)，而是取決于觀察者相對于波源的運動速度的大小和方向。【題5】如圖所示，在公路的十字路口東側(cè)路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側(cè)，乙站在路邊，一輛汽車以速度v2通過路口向東行駛并鳴笛，已知汽車笛聲的頻率為f0，車速v2＞v1。甲聽到的笛聲的頻率為f1，乙聽到的笛聲的頻率為f2，司機自己聽到的笛聲的頻率為f3，則此三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為_________________?！敬鸢浮縡1、f3、f2【解析】由于v2＞v1，所以汽車和甲的相對距離減小，甲聽到的頻率變大，即f1＞f0，由于乙靜止不動，則汽車和乙的相對距離增大，乙聽到的頻率變低，即f2＜f0。由于司機和汽車相對靜止，所以司機聽到的頻率不變，即f3=f0。綜上所述，三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為f1、f3、f2。方法歸納：多普勒效應(yīng)是指由于觀察者和波源之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象.當(dāng)二者相對距離減小時，觀察者接收到的頻率比波源頻率高，當(dāng)二者相對距離增大時，觀察者接收到的頻率比波源頻率低?！绢}6】如圖表示產(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(yīng)（2）波源正在移向A．A點B．B點C．C點D．D點（3）觀察到的波的頻率最低的點是A．A點B．B點C．C點D．D點思路點撥：本題主要是對多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象分析，判斷問題時必須先明確如下幾點：①常見的波動現(xiàn)象有哪些？②怎樣根據(jù)波形判斷波源的移動方向？③波源的移動對觀察到的波的頻率有何影響？【答案】（1）D（2）A（3）B【解析】（1）由于題圖所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知該圖表示的是多普勒效應(yīng)中波源運動的情況，即D選項正確。（2）由于波源左方的波長被壓縮，右方的波長被拉長，可知波源正在移向A點，即A選項正確。（3）由于波源遠(yuǎn)離B點，由題圖分析可知在B點觀察到波的頻率最低，即B選項正確。5．對多普勒效應(yīng)的理解（1）在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．（2）多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)．【題7】（多選）下列選項與多普勒效應(yīng)有關(guān)的是A．科學(xué)家用激光測量月球與地球間的距離B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C．技術(shù)人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度E．科學(xué)家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠(yuǎn)離地球的速度【答案】BDE【解析】當(dāng)觀察者與測量對象無相對運動時，不發(fā)生多普勒效應(yīng)，故A、C錯誤；當(dāng)觀察者與測量對象相對運動時，發(fā)生多普勒效應(yīng)，我們可以根據(jù)接收頻率的變化來測速，故B、D、E正確?！绢}8】關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法中正確的是A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．當(dāng)觀察者和波源速度相同時，會發(fā)生多普勒效應(yīng)D．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)【答案】B【解析】當(dāng)波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，而觀察者與波源速度相同且同向運動時，兩者不發(fā)生相對運動，不會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，選項C錯誤；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，選項A錯誤，B正確；多普勒效應(yīng)，不僅適用于聲波，也適用于其他類型的波，包括電磁波和光波，選項D錯誤。【題9】如圖所示，實線表示波峰，S為波源，設(shè)波源頻率為20Hz，且不運動，而觀察者在1s內(nèi)由B運動到A，觀察者接收到多少個完全波？設(shè)波速為340m/s，若要讓觀察者完全接收不到波，那么，他的運動速度應(yīng)該是多少？如果觀察者在1s內(nèi)由A運動到B，觀察者接收到多少個完全波？【答案】340m/s19【解析】（1）觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)，即接收到的頻率。如果觀察者不運動，在1s內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個數(shù)應(yīng)當(dāng)是20個，然而當(dāng)觀察者從B運動到A的過程中，所能接收到的完全波的個數(shù)正好比不運動時少1個，即他只能接收到19個完全波。（2）要想讓觀察者完全接收不到波，他必須遠(yuǎn)離波并隨同所在的波峰一起運動，即觀察者的運動速度應(yīng)該是340m/s。知識點二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．測量汽車速度——超聲波測速：頻率高于20000Hz的聲波稱為超聲波；與能聽到的聲音相比，超聲波有兩個特點：一是可以比較容易地產(chǎn)生大功率的聲波；二是它幾乎沿直線傳播。交通警車向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度?！绢}10】沿直線行駛的汽車通過某觀察站時，觀察到汽車發(fā)出的頻率由1200Hz下降為1000Hz，已知空氣中聲速為340m/s，求車速?！敬鸢浮?0.9m/s【解析】本題考查了觀察者不動而聲源運動時發(fā)生的多普勒效應(yīng)，由題意可知，觀察的頻率由高到低，說明波源朝觀察者運動，爾后又背離觀察者運動，這是本題的創(chuàng)新之處。當(dāng)汽車駛近觀測站時，波長被壓縮為λ1＝λ－v車·T，觀測到的頻率f1＝eq\f(v聲f,v聲－v車) ①同理：當(dāng)汽車遠(yuǎn)離觀察站時，觀測到的頻率f2＝eq\f(v聲f,v聲＋v車) ②由①、②得v車＝eq\f(f1－f2,f1＋f2)v聲＝30.9m/s點評：當(dāng)觀察者不動，聲源運動時，聲源兩側(cè)波長不相等，背離方向波長變大，接收頻率變小，前進方向波長變小，接收的頻率變大，但無論哪一方波在介質(zhì)中的傳播速度都不變，它只由介質(zhì)決定，與波源是否運動無關(guān)?！绢}11】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，結(jié)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。（1）此現(xiàn)象屬于A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效應(yīng)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，反射回的頻率應(yīng)怎樣變化？【答案】（1）C（2）超速（3）變高【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(yīng)。（2）因巡警車接收到的頻率變低，由多普勒效應(yīng)知巡警車與轎車在相互遠(yuǎn)離，而巡警車車速恒定又在后面，可判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(yīng)知反射回的頻率應(yīng)變高。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)光的頻率對照，可得星球的速度。3．測血液流速——醫(yī)用“彩超”：向人體內(nèi)發(fā)射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。 【題12】醫(yī)院有一種先進的檢測技術(shù)——彩超，向病人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波。超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，測出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速。這一技術(shù)主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象A．多普勒效應(yīng)B．波的衍射C．波的干涉D．共振【答案】A【解析】儀器接收到的波的頻率發(fā)生變化，是因為血液的流動使波源與接收儀器間距離發(fā)生變化，從而發(fā)生了多普勒效應(yīng)，選項A對，B、C、D錯。4．判斷火車的運動方向：火車駛來時，由于多普勒效應(yīng)，聽到的汽笛聲調(diào)比較高，感覺到尖銳刺耳；火車遠(yuǎn)離時，聽到的汽笛聲調(diào)較低，聽起來較為低沉?！绢}13】（多選）下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)星體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)星體相對于地球的運動速度B．交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，電磁波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的電磁波的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C．鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D．有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去【答案】ABD【解析】凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)星體相對于地球運動的速度，故A選項正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的計算公式可以求出運動物體的速度，故B選項正確；鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運行情況，是利用聲音在固體中傳播得快的特點，與多普勒效應(yīng)無關(guān)，故C選項不符合題意；炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對運動方向有關(guān)，故