第4节 多普勒效应及其应用

第4节多普勒效应及其应用核心素养导学物理观念知道多普勒效应的概念。科学思维(1)能解释多普勒效应。(2)能分析多普勒效应的实际应用问题。科学探究用蜂鸣器演示多普勒效应。科学态度与责任认识到多普勒效应在科学技术中有广泛的应用，能利用物理知识解决一些实际问题，有主动进行科学普及的意识。一、多普勒效应1．定义

由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到的波的频率发生_____的现象。2．产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是______的，观察者接收到的频率______波源振动的频率。(2)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波的个数_____，观察者接收到的频率______波源的频率，即接收到的波的频率增大。(3)波源与观察者相互远离时，接收到的波的频率_____。变化一定等于增多大于减小二、多普勒效应的应用1．______________可以测量车辆行驶速度。2．彩色超声______________可以诊断人体心脏、血管等疾病。3．电磁波的多普勒效应可以___________，在军事、航天、气象预报等领域有着广泛的应用。1．请对以下有关多普勒效应的说法作出判断：(1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。

()(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。

()(3)只有横波才能发生多普勒效应。

(

)多普勒测速仪多普勒诊断仪跟踪目的物√××2．

我国已经进入高铁时代，普通列车的时代已成过去。如图所

示，列车匀速驶过，对于站在路旁的护路工人师傅，列车由

远而近鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较高，远去的列车

鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较低。请思考这是什么现象？具体分析产生这种现象的原因？提示：这属于多普勒效应，当列车靠近观察者时，频率增加，音调升高；当列车远离观察者时，频率减小，音调降低。新知学习(一)|多普勒效应产生原因分析[任务驱动]美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。(1)波源的频率由谁决定？(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？提示：(1)由波源本身决定。(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。[重点释解]1．相对位置变化与频率的关系2．成因归纳根据以上分析可知，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。[典例体验][典例]

如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处静止的人感受到的声波的频率为f2，则

(

)A．f1＜f，f2＜f B．f1＜f，f2＞fC．f1＞f，f2＞f D．f1＞f，f2＜f[解析]由题意可知，声源靠近A处的人，由多普勒效应可知，A处的人接收到声波的频率变大，即f1＞f；声源远离B处的人，同理可知B处的人接收到声波的频率变小，即f2＜f，选项D正确。[答案]

D/方法技巧/发生多普勒效应的条件(1)发生多普勒效应是由于波源与观察者发生了相对运动，当波源和观察者都运动但无相对运动时则不会发生多普勒效应。(2)多普勒效应的产生不是取决于波源距离观察者有多远，而是取决于波源与观察者之间是否发生了相对运动。

[针对训练]1．

(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上

来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是

(

)A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低解析：由题图可知，女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就在靠近声源，根据多普勒效应，她接收到的哨声频率变高，音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低。A、D正确，B、C错误。答案：AD2．(多选)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比

(

)A．波速变大

B．波速不变C．频率变高

D．频率不变解析：渔船与鱼群发生相对运动，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高，故B、C正确。答案：BC新知学习(二)|多普勒效应的实际应用[典例体验][典例]

轮船在进港途中的x-t图像如图所示，则在港口所测到轮船上汽笛发出声音的频率是图中的哪一个

(

)[解析]

匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变化，但速度大时频率大，由x-t图像可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正确。[答案]

A[系统归纳]观察者接收到的频率的判断1．声音的音调取决于频率，频率高则音调高，频率低则音调低。2．当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收到的频率小于波源频率，音调变低。

[针对训练]1．有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的是声波的

(

)A．干涉现象

B．衍射现象C．多普勒效应

D．反射现象解析：根据多普勒效应，当火车运动方向靠近养护人员时，他听到的声音音调变高，火车远离养护人员时，他听到的声音音调变低。答案：C

2．(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应

(

)A．利用地球上接收到遥远星体发出的光波的频率来判断遥远星体相对于地球的运动速度B．交通警察向行进中的汽车发射已知频率的电磁波，电磁波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理C．铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断远处是否有火车驶来D．有经验的战士从炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去解析：凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应可以测定遥远星体相对于地球运动的速度，故A符合题意；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，根据其频率的变化可以求出运动物体的速度，故B符合题意；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断远处是否有火车驶来，是利用声音在固体中传播得快的特点，与多普勒效应无关，故C不符合题意；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故D符合题意。答案：ABD

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——多普勒效应成因分析1．(选自人教版新教材“思考与讨论”)固定在振动片上的金属

丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动

时拍得一幅如图所示的照片，显示出此时波的图样。由照

片是否可知，振动片正在向图中哪个方向移动？单位时间内是水波槽左边接收完全波个数多还是右边接收完全波个数多？提示：波源前进方向上水波变得密集，其反方向上变得稀疏，由图可知，振动片在向图中左侧移动，因波速不变，所以单位时间内水波槽左边接收完全波个数较多。

科学态度与责任——多普勒彩超的临床应用2．(选自粤教版新教材“资料活页”)声波的多普勒效应用于医学诊断，就是我们平常说的彩超。彩超简单地说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒。超声频移诊断法就是D超，此法应用多普勒效应原理。D超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩超一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号，经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见，彩超既具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息，在实际应用中受到广泛重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。现代医学更是发展了三维动态显示的彩超和随时间变化的动态显示的四维彩超。

彩超的临床应用主要有血管疾病、腹腔脏器、心脏、甲状腺、乳腺、眼球、前列腺和精囊、妇科等的病情诊断。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效。这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，下列判断正确的是

(

)A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39000HzB．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz解析：蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离减小，所以墙壁接收到的超声脉冲频率增大，A错误；超声波被反射后频率不变，但传播方向和蝙蝠的运动方向相反，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声波时，频率会更大，故C正确，B、D错误。答案：C

2．汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人驾驶汽车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。其使用的传感器主要有毫米波雷达，该雷达会发射和接收反射来的无线电波，再通过发射与接收波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则

(

)A．当f＝f′时，表明前车与无人驾驶汽车速度相同B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态C．当f′>f时，表明前车在加速行驶D．当f′<f时，表明前车在减速行驶解析：当波源和观察者之间的距离不变化时