3-5-多普勒效應(人教版2019版選擇性必修第一冊)-(原卷版)

3.5多普勒效應學習目標：1．知道什么是多普勒效應，了解多普勒效應產(chǎn)生的原因。2．了解多普勒效應在生活中的應用，會用多普勒效應解釋一些現(xiàn)象。重點：多普勒效應。難點：多普勒效應中頻率變化的理解。知識點一、多普勒效應1．現(xiàn)象：當汽車向你駛來時，感覺音調(diào)變高；當汽車離你遠去時，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。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．多普勒效應的成因：發(fā)生多普勒效應時，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）相互遠離——波源相對介質(zhì)不動，觀察者遠離波源運動時（或觀察者不動，波源遠離觀察者運動時）。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；如果二者遠離，觀察者接收到的頻率減小，音調(diào)變低。【特別提醒】（1）在多普勒效應中，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。【題1】下列關于多普勒效應的說法，正確的是A．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應B．當觀察者靠近聲源時，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D．火車離站時，站臺上的旅客聽到火車的汽笛音調(diào)降低【題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”）?！绢}3】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擺動，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【題4】（多選）下面說法中正確的是A．發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應是波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的D．多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的4．相對位置變化與頻率的關系（規(guī)律）相對位置圖示結論波源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，觀測者與波源遠離時，觀測者接收到的頻率降低、音調(diào)降低。【特別提醒】（1）無論什么情況，發(fā)生多普勒效應時，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，相互遠離時，接收到的頻率變低。（2）多普勒效應的產(chǎn)生不是取決于觀察者距波源多遠，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路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側，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_________________?！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（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5．對多普勒效應的理解（1）在多普勒效應中，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）多普勒效應是波特有的現(xiàn)象，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應．【題7】（多選）下列選項與多普勒效應有關的是A．科學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離地球的速度【題8】關于多普勒效應，下列說法中正確的是A．發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．當觀察者和波源速度相同時，會發(fā)生多普勒效應D．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應【題9】如圖所示，實線表示波峰，S為波源，設波源頻率為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？知識點二、多普勒效應的應用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。【題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，反射回的頻率應怎樣變化？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——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。這一技術主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象A．多普勒效應B．波的衍射C．波的干涉D．共振4．判斷火車的運動方向：火車駛來時，由于多普勒效應，聽到的汽笛聲調(diào)比較高，感覺到尖銳刺耳；火車遠離時，聽到的汽笛聲調(diào)較低，聽起來較為低沉。【題13】（多選）下面哪些應用是利用了多普勒效應A．利用地球上接收到遙遠星體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠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