3.5多普勒效应（解析版）

3.5多普勒效应基础知识梳理基础知识梳理1.多普勒效应波源与观察者互相或者互相时，接收到的波的都会发生变化的现象.2.多普勒效应产生的原因(1)当波源与观察者相对时，1s内通过观察者的(或密部)的数目是一定的，观察到的频率等于的频率.(2)当波源与观察者时，1s内通过观察者的(或密部)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相时，观察到的频率.3.应用(1)测车辆速度.(2)测星球速度.(3)测血流速度.【参考答案】靠近远离频率静止波峰波源振动相向运动波峰远离减小典型例题分析典型例题分析考点一：根据多普勒效应判断波源和观察者的运动【例1】下列关于多普勒效应的说法正确的是（）A．医院检查身体的“彩超”仪运用了多普勒效应B．大风中，远处人的说话声时强时弱C．由地球上接收到的遥远天体发出的光波发生“红移”现象（各条谱线的波长均变长），可以判断遥远天体正靠近地球D．静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者【答案】A【详解】A．医院检查身体的“彩超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应，故A正确；B．大风中，远处人的说话声时强时弱是能量传递的问题，故B错误；C．“红移”现象中光波频率变小，因此遥远天体正在远离地球，故C错误；D．当波源与观察者相互靠近时，观测到的频率增大，反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率减小，故D错误。故选A。【变式练习】1．关于多普勒效应的应用，下列说法中错误的是（）A．发现星系谱线的“红移”现象B．利用多普勒效应可以从火车的鸣笛声中判断其运动方向C．利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度D．目前在技术上人们只能利用声波发生的多普勒效应【答案】D【详解】A．星系谱线的“红移”现象的发现是多普勒效应在天体运动中的应用，故A正确；B．利用多普勒效应可以从火车的鸣笛声中判断其运动方向，这是多普勒效应在机械运动中的应用，故B正确；C．利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度，这是多普勒效应在天体运动中的应用，故C正确；D．人们已可以利用电磁波的多普勒效应进行各种测量，故D错误。2．关于多普勒效应，下列说法正确的是（）A．只要波源在运动，就一定能观测到多普勒效应B．只要观测者在运动，就一定能观测到多普勒效应C．只要波源与观测者之间有相对运动且两者间距发生变化，就一定能观测到多普勒效应D．当发生多普勒效应时，观测者感觉到的频率一定增大【答案】C【详解】ABC．只有波源与观测者之间有相对运动且两者间距发生变化，才能观测到多普勒效应，AB错误，C正确；D．当发生多普勒效应时，若波源与观测者相互接近，观测者感觉到的频率增加，反之减小，D错误。故选C。考点二：利用多普勒效应计算观察者接收到的频率【例2】关于声音的产生和传播，下列说法正确的是（）A．换用木锤替代橡胶锤敲击音叉，音叉发出声音的音调变高B．当声波在介质中传播时，介质参与振动的频率等于声波频率C．空气中超声波传播速度远大于普通声波传播的速度D．超声波测速仪迎着汽车行驶方向发射超声波，测速仪接收到的反射回波的频率小于超波源的频率【答案】B【详解】A．音叉振动的频率始终等于其固有频率，音调不变，故A错误；B．波传播时，介质的振动频率等于波源的振动频率，故B正确；C．超声波也是声波，传播速度与普通声波相同，故C错误；D．根据多普勒效应，距离变近，测速仪接收到的反射回波的频率大于超波源的频率，故D错误。故选B。【变式练习】1．假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，下列说法正确的是（）A．当汽车向你驶来时，听到声音的频率等于300HzB．当汽车向你驶来时，听到声音的频率小于300HzC．当汽车和你擦身而过后，听到声音的频率大于300HzD．当汽车和你擦身而过后，听到声音的频率小于300Hz【答案】D【详解】AB．汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，当汽车向你驶来时，两者间距变小，则听到喇叭声音的频率大于300Hz，故AB错误；CD．汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，当汽车和你擦身而过后，两者间距变大，则听到喇叭声音的频率小于300Hz，故C错误，D正确。故选D。2．下列关于多普勒效应的说法中，不正确的是（）A．多普勒效应是当波源和观测者相对介质运动时，观测频率与波源频率不同的现象B．机械波和光波都能发生多普勒效应C．当波源静止，观测者向着波源运动时，观测者接收的波速不变，波长变长D．观测者静止，波源向着观测者运动时，观测者接收的波长变短，波速不变【答案】C【详解】A．多普勒效应是当波源和观测者相对介质运动时，观测频率与波源频率不同的现象，A正确；B．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应，B正确；CD．根据多普勒效应可知，当波源靠近接收者时，接收者接收到的波的频率比波源频率高，波速不变，根据波长变短，C错误D正确。故选C。考点三：利用多普勒效应计算观察者接收到的频率【例3】多普勒效应在生产生活中有广泛应用，下面关于多普勒效应的相关叙述中，错误的是（）A．当观察者与波源相互靠近时，观察者接收到的波的频率一定越来越大B．当人听到声音的频率越来越低时，原因可能是声源振动频率不变，人静止，声源远离人做匀加速直线运动C．仪器向人体内发射频率已知的超声波，被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，它利用了多普勒效应D．测量某是球上某些元素的发光须率，与地球上这些元素静止时的发光频率对照，就可以得出该星球靠近或者远离地球的速度大小，这是利用了光的多普勒效应【答案】A【详解】A．当观察者与波源相互靠近时，观察者接收到的波的频率比波源发出的频率大，但不知道观察者与波源是匀速靠近，还是加速靠近，或者减速靠近，故观察者接收到的波的频率不一定越来越大，A错误，符合题意；B．声源振动频率不变时，当声源远离人且做匀加速直线运动，人接收到声源的频率会越来越低，B正确，不符合题意；C．仪器向人体内发射频率已知的超声波，被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，它利用了多普勒效应，C正确，不符合题意；D．测量某是球上某些元素的发光须率，与地球上这些元素静止时的发光频率对照，就可以得出该星球靠近或者远离地球的速度大小，这是利用了光的多普勒效应，D正确，不符合题意。故选A。【变式练习】1．平直公路上，汽车正在匀速远离，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图像，正确的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】由多普勒效应，设该超声波在空气中传播速度为，汽车远离的速度为，则汽车反射波的频率，恒定，则汽车反射波的频率恒定，且小于。故选D。2．雷达是利用无线电波的回波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波。测速雷达主要是利用多普勒效应原理，可由回波的频率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度，以下说法错误的（）A．雷达发射的是不连续的电磁波B．雷达用的是微波波段的无线电波C．目标离雷达天线而去时，反射信号频率将高于发射信号频率D．目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率【答案】C【详解】A．雷达发射的是不连续的电磁波，A正确，不符合题意；B．雷达用的是微波波段的无线电波，B正确，不符合题意；CD．根据多普勒效应，目标离雷达天线而去时，反射信号频率将低于发射信号频率；目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率，C错误，符合题意，D正确，不符合题意。故选C。方法探究方法探究多普勒效应产生的原因分析1.相对位置变化与频率的关系(规律)相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止，如图所示f观察者＝f波源音调不变波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示若靠近波源，由A→B，则f观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者<f波源，音调变低观察者A不动，波源S运动，由S→S′，如图所示f观察者>f波源音调变高2.成因归纳根据以上分析可以知道，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，且两者间距发生变化.课后小练课后小练一、单选题1．关于多普勒效应，以下说法正确的有（）A．只有机械波才能产生多普勒效应B．电磁波不能产生多普勒效应C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化【答案】D【详解】AB．多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A、B错误；CD．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，故C错误，D正确。故选D。2．交通电子警察向行驶中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波的频率变化就能得出车辆的速度。这一技术主要利用的物理现象为（

）A．共振 B．波的衍射 C．波的干涉 D．多普勒效应【答案】D【详解】交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度，其工作原理利用的是多普勒效应。故选D。3．轮船在进港途中与港口间的距离随时间变化规律如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项图中的（

）A． B．C． D．【答案】A【详解】轮船匀速靠近港口的过程中，测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关系为v1＞v3＞v2可知f1＞f3＞f2A符合题意，BCD不符合题意。故选A。4．下列选项与多普勒效应无关的是（）A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度【答案】A【详解】A．科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光的反射原理，故A错误，符合题意；B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速是利用超声波的多普勒效应，故B正确，不符合题意；C．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应，故C正确，不符合题意；D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度，是利用光的多普勒效应，故D正确，不符合题意。故选D。5．分析下列物理现象，属于多普勒效应的是（）A．夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝B．“闻其声而不见其人”C．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音D．当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高【答案】D【详解】A．该现象属于波在云层中的反射现象，选项A错误；B．该现象属于声波的衍射，选项B错误；C．该现象属于声波的干涉，选项C错误；D．该现象属于多普勒效应，故D项正确。故选D。6．下列说法中正确的是（）A．树枝在风的作用下运动是简谐运动B．受迫振动的频率由物体的固有频率决定C．孔的宽度越大波的衍射就越明显D．当观察者远离波源运动时可以观察到多普勒效应现象【答案】D【详解】A．质点做简谐运动的条件是质点所受的回复力满足F=-kx，显然树枝在风的作用下运动不是简谐运动，A错误；B．作受迫振动的物体的频率由驱动力的频率来决定，与它的固有频率无关，B错误；C．当波长比孔的宽度大得越多或相差不大时，波的衍射越明显，C错误；D．当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率比波源的频率小，可以观察到多普勒效应现象，D正确。故选D。7．下列说法正确的是（）A．当观察者靠近波源运动时，观察者观测到的频率变小B．“未见其人，先闻其声”是声波发生干涉的结果C．“回声”是声波的衍射现象D．集体列队经过桥梁时要便步走，以防止桥梁发生共振垮塌【答案】D【详解】A．根据多普勒效应可知，当观察者靠近波源运动时，观察者观测到的频率变大，故A正确；B．“未见其人，先闻其声”是声波发生衍射的结果，故B错误；C．“回声”是声波的反射现象，故C错误；D．集体列队经过桥梁时要便步走，以防止桥梁发生共振垮塌，故D正确。故选D。8．下面哪些应用不是利用了多普勒效应（）A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天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一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理C．铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况D．有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去【答案】C【详解】A．凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对地球运动的速度，A不符合题意；B．被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，接收到的频率发生变化，由多普勒效应的知识可以求出运动物体的速度，B不符合题意；C．铁路工人是根据振动的强弱变化而对列车的运动作出判断的，C符合题意；D．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运动方向有关，D不符合题意。故选C。二、多选题9．下列说法正确的是（）A．若宇航员把摆钟由地球搬到月球表面，摆钟会变慢B．做简谐运动的弹簧振子，当它每次经过同一位置时，加速度与速度一定相同C．机械波在介质中的传播速度仅由介质本身的性质决定，而与机械波的频率无关D．交通警察向远离警车的车辆发送频率为f的超声波，测得返回警车的超声波频率将大于f【答案】AC【详解】A．由于月球表面处的重力加速度比地球表面处小，由可知，周期变大，所以宇航员把摆钟由地球搬到月球表面，摆钟会变慢，故A正确；B．做简谐运动的弹簧振子，当它每次经过同一位置时，加速度方向只有一个，而速度方向有两个，所以每次经过同一位置时，加速度与速度不一定相同，故B错误；C．机械波的传播速度只取决于介质，跟频率无关，故C正确；D．根据多普勒效应，可知交通警察向远离警车的车辆发送频率为f的超声波，测得返回警车的超声波频率将小于f，故D错误。故选AC。10．关于教材中出现的以下四张图片，下列说法正确的是（）A．图1所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于波的叠加引起的B．图2所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的衍射产生的C．图3所示泊松亮斑现象是由于光的衍射产生的D．图4所示水中的气泡看上去特别明亮，是由于光的全反射引起的【答案】CD【详解】A．图1所示疾驰而过的急救车使人感觉音调发生变化，当急救车靠近时，感觉声调变高，反之急救车远离时，感觉声调变低。这是由于多普勒效应引起的，故A错误；B．图2所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的薄膜干涉产生的，故B错误；C．图3所示泊松亮斑现象是由于光的衍射产生的，故C正确；D．图4所示水中的气泡看上去特别明亮，是由于光从水进入气泡时发生了全反射引起的，故D正确。故选CD。11．在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速v＝100m/s。已知t＝0时，波刚好传播到x＝40m处，如图所示，在x＝200m处有一接收器（图中未画出），则下列说法正确的是（）A．波源开始振动时方向沿y轴负方向B．从t＝0开始经过0.15s，x＝40m处的质点运动路程为0.3mC．接收器在t＝1.8s时才能接收到此波D．若波源向x轴负方向运动，根据多普勒效应，接收器接收到的波源频率可能为6Hz【答案】AB【详解】A．根据波的图像和波的传播方向可知，波源开始振动时方向沿y轴负方向，A正确；B．根据波的图像可知波长λ＝20m，振幅A＝10cm，周期从t＝0开始经过0.15s(0.75个周期)，x＝40m处的质点运动路程为3个振幅，即B正确；C．接收器在时能够接收到此波，C错误；D．波源频率为若波源向x轴负方向运动，根据多普勒效应，接收器接收到的波源频率小于5Hz，不可能为6Hz，D错误。故选AB。12．波速均为1.0m/s的两列简谐横波，分别从波源、处沿x轴相向传播。时的波形图如图所示。下列说法正确的是（）A．时，两列波相遇B．两列波相遇过程中，处和处的质点振动减弱C．时，处的质点位移为0D．当波源从处沿x轴正向运动时，在处的观察者观察到该简谐横波的频率变大【答案】BD【详解】A．由题图可知，时，甲波传到x=4m处，乙波传到x=8m处，所以有t=2.0s两列波相遇，A错误；B．两列波相遇过程中，处和处的质点与两波源的路程差均为2m，即半个波长，则有处和处的质点振动减弱，B正确；C．两波的周期为则有两波在t=2s时，在处相遇，处质点从平衡位置向下振动，在经1s=时间，即t=3s时，该质点到达波谷，位移达到负方向最大值，C错误；D．由多普勒效应可知，当波源从处沿x轴正向运动时，在处的观察者观察到该简谐横波的频率变大，D正确。故选BD。三、填空题13．如图所示，图甲是多普勒效应的图像，B处的观察者接收到波的频率____（选填“大于”“等于”或“小于”）波源发出的频率；图乙是____振动的振幅随驱动力频率变化的图像，当驱动力的频率等于____频率时振幅最大。【答案】

大于

受迫

固有【详解】[1]图甲是多普勒效应的图像，由图可知波源向B处靠近，则在B处的观察者接收到波的频率大于波源发出的频率；[2][3]图乙是受迫振动的振幅随驱动力频率变化的图像，当驱动力的频率等于固有频率时振幅最大。14．当波源相对于介质不动，观测者向波源运动时，观测者接收到的频率_