高中物理第十二章机械波5多普勒效应互动课堂学案选修3-4解析

1、5 多普勒效应互动课堂疏导引导1. 多普勒效应及其成因(1多普勒效应由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率发生变化的现象 . 实质:波源的 频率没有变化,而观察者接收到的频率发生了变化 .(2相对运动与接收频率的关系波源与观察者相对静止:观察者接收到的频率等于波源的频率 .波源与观察者相互接近:观察者接收到的频率增大 .波源与观察者相互远离:观察者接收到的频率减小 .(3多普勒效应的成因如图 12-7-1A 所示,波源和观察者都不动,设波源频率为 20 Hz,则波源每秒发出 20个 完全波,所以每秒经过观察者 20个完全波,这时观察者接收到的频率等于波源的频率 . 如图 12-7-1

2、B 所示,波源不动,观察者向波源运动,人耳在 1 s内由位置 A 移到位置 B , 虽然波源每秒仍发出 20个完全波, 但观察者每秒却接收到 21个完全波, 即二者相互接近时, 观察者接收到的频率大于波源的频率, 反之, 观察者远离波源运动, 观察者接收到的频率小 于波源的频率. 图 12-7-1如图 12-7-1C 所示,波源向右运动,观察者不动,波源由 S 1运动到 S 2,波源右方的波面 变得密集, 因波速不变, 波长变短, 右方观察者接收到的频率大于波源的频率;左方的波面 变得稀疏,波长变长,左方观察者接收到的频率小于波源的频率 .2. 如何计算波源频率和观察者接收到的频率v1表示波源

3、对介质的速度, v 表示波的传播速度, f 与 f分别表示波源频率和观察者 接收到的频率 .(1若观察者 R 静止,波源 S 以速度 v 1向观察者靠近,波速 v 与波源的运动无关,而波源 S 每发出一个完全波就向 R 移近了 v 1T, 故对 R 来说, 波长缩短了 v 1T , 即 =-v 1T=f v f v 1 f v v 1-,观察者接收(感觉到的频率为 f v v v v f 1-=; 当波源 S 以速度 v 1远离观察 者时, f v v v f 1+=. (2若波源 S 不动,观察者 R 以速度 v 2向 S 运动,经时间 t 向 S 运动了 v 2t 的距离,同时 波背离波源

4、 S 传播了 vt , 观察者 R 感觉到的频率 (即通过它的波的个数 为 =+=t t v vt f 2f vv fv v v 1(22+=+;观察者以速度 v 2远离波源 S 时, . 1(2f v v f -= 注意:有关多普勒问题的计算较难,学习中应侧重于现象分析 .活学巧用1. 如图 12-7-2表示产生机械波的波源 O 做匀速运动的情况,图中的圆表示波峰. 图 12-7-2(1该图表示的是( (2波源正在移向( (3观察到波的频率是低的点是( 思路解析:(1 图示波源左方的波面密集, 右方的波面稀疏,可知该图表示的是多普勒效应 中波源运动的情况 . 选项 D 正确 .(2由于波源左

5、方的波长被压缩,右方的波长被拉长,可知波源正在移向 A 点,选项 A 正 确 .(3由于波源远离 B 点,所以在 B 点观察到波的频率最低,选项 B 正确 .答案:(1 D (2 A (3 B2. 警车上的警笛,每隔 0.5 s响一次,一个人坐在以 60 km/h的速度向警车行驶的汽车上, 求此人在 5 min内听到声音的次数是多少?(声音在空气中的传播速度为 320 m/s思路解析:响声在空气中的间隔类似于一个波长为 =3200.5 m=160 m 的波,人与声音的相 对 速 度 v=320 m/s+s m s m /31010/350=, 由 Hz Hz v f 4803. 一个观察者在铁路旁,当火车迎面驶来时,他听到的汽笛声频率为 f 1=440 Hz;当火车驶 过他身旁后,他听到的汽笛声的频率 f 2=392 Hz.若大气中声速约为 330 m/s,求火车的速度 和火车汽笛发声的频率 f 0.思路解析:设火车的速度为 V ,声速为 v.当火车靠近时,声波的波长被压缩为 =vT-VT=0f V v -, 观察者听到的频率 V v vf v f -=01即 Vf -=33