2022-2023学年高二物理同步讲义（人教）3.5 多普勒效应（学生版）

第05讲多普勒效应目标导航目标导航课程标准课标解读1．了解多普勒效应，初步理解多普勒效应的产生原因。2．能运用多普勒效应解释一些物理现象，了解多普勒效应的应用。1．知道波源的频率和观察者接收到频率的区别.2．知道什么是多普勒效应．知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象．3．了解多普勒效应的一些应用．4．通过改变波源与观察者的距离，培养学生利用控制变量法分析问题的能力．知识精讲知识精讲知识点01多普勒效应1.多普勒效应：(1)音调；音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低.(2)多普勒效应；波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象.2.多普勒效应产生的原因：(1)波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率.(2)当波源与观察者相互靠近时，1s内通过观察者的波峰(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远离时，观察到的频率变小.【即学即练1】关于多普勒效应，下列说法中不正确的是()A．发生多普勒效应时波源的频率保持不变B．要发生多普勒效应，波源和观察者间必须有相对运动C．只有声波会发生多普勒效应D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应知识点02多普勒效应的应用及多普勒效应和音调的理解1.测车辆速度；交警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.2.测星球速度；测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球靠近或远离我们的速度.3.测血流速度；向人体内发射已知频率的超声波，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可得血流速度.4.波源频率；波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波.频率表示单位时间内完成的全振动的次数.因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数.5.接收频率：(1)波源和观察者相对静止，观察者接收到的频率等于波源的频率.(2)波源和观察者有相对运动，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即感觉到波的频率发生变化.6.音调；音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低.观察者听到的声音的音调是由观察者接收到的频率即单位时间内接收到的完全波的个数决定的.【即学即练2】新型列车动车组速度可达487.3km/h，与该车汽笛声的音调相比。(1)站在车运动前方路旁的观察者听起来音调______(选填“偏高”或“偏低”)。站在车运动后方路旁的观察者听起来音调________(选填“偏离”或“偏低”)。(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样？此时列车汽笛声的音调变化了吗？(3)坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样？

知识点03发生多普勒效应的几种情况相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止不动，如图所示f波源＝f观察者，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波源<f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源>f观察者，音调变低观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示f波源<f观察者，音调变高【即学即练3】(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能力拓展能力拓展考法01多普勒效应【典例1】公路巡警车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，巡警车向前方在同一车道上的一辆轿车发出一束已知频率的电磁波，结果该电磁波被此辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。(1)此现象属于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效应 D．波的反射(2)若该路段限速为100km/h，则轿车是否超速？(3)若轿车以20m/s的速度行进，反射回的电磁波频率应怎样变化？考法02多普勒效应的应用【典例2】某人站在地面上某处，一架飞机由远而近从人的头顶上方匀速飞过，则人听到飞机发出声音的频率()A．越来越低 B．越来越高C．先变高后变低 D．先变低后变高

题组A基础过关练1．(多选)下述说法中正确的是()A．沿与两个完全相同的发声器平行的直线走，听到的声音忽大忽小，这是波的干涉现象B．在大树前说话，大树后面的人可以听到，这是波的衍射现象C．大街上警车尖叫着从行人旁急驰而过，行人听到警笛声音由高变低这是声音的多普勒效应D．发声的电铃放在真空罩里，外面听不到声音，这是因为电铃在真空中不能振动2．公路巡警开车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速()A．高于100km/h B．低于100km/hC．等于100km/h D．无法确定3．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率。若u增大，则()A．f增大，v增大 B．f增大，v不变C．f不变，v增大 D．f减小，v不变4．医院有一种先进的检测技术——彩超，向病人体内发射频率已精确掌握的超声波．超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速．这一技术主要体现的物理现象是()A．多普勒效应 B．波的衍射C．波的干涉 D．共振5．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的发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是()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39000Hz6．下列物理现象：(1)在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；(2)“闻其声而不见其人”；(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；(4)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。这些物理现象分别属于波的A．反射、衍射、干涉、多普勒效应B．折射、衍射、多普勒效应、干涉C．反射、折射、干涉、多普勒效应D．衍射、折射、干涉、多普勒效应7．近年来我国的航空事业迅速发展，战机的超音速飞行已十分普遍．当战机在上空返航时，地面上的人经常会听到一声雷鸣般的巨响，引起房屋门窗的剧烈颤动．这是因为飞机返航加速过程中，当飞机速度接近声速时会使发动机发出的声波波面在飞机的前方堆积形成音障，当飞机加速冲破音障时而发出的巨大响声，称为音爆．音障的形成与下列现象的形成原理最为相近的是()A．音叉周围有些区域声音较强，有些区域声音较弱B．敲响一只音叉，不远处的另一只音叉也发出声音C．火车进站时鸣笛的音调会变高，出站时会变低D．在屋外看不见屋内的人，却能听见屋内人说话8．如图所示，O是一个声波的波源，发出的一系列声波为如图所示的一组圆面，A、B是两个观察者的位置，则下列叙述正确的是()A．波源正向A点移动，A处听到的音调较高B．波源正向A点移动，B处听到的音调较高C．波源正向B点移动，A处听到的音调较高D．波源正向B点移动，B处听到的音调较高9．(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．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去10．(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐。当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调。以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来低的是()A．观察者静止，火车向他驶来B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动C．观察者静止，火车离他远去D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动11．(多选)下列说法正确的是()A．对于波长一定的波，孔越大越容易通过，衍射现象越明显B．蝙蝠可以发出并接收超声波来确定昆虫的位置C．两个完全相同的波源形成稳定的干涉，某点到两波源距离之差为波长的奇数倍，该点为振动减弱点D．向人体发射的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速度，是利用了多普勒效应12．近年来我国的航空事业迅速发展，战机的超音速飞行已十分普遍。当战机在法定上空返航时，地面上的人经常会听到一声雷鸣般的巨响，引起房屋门窗的剧烈颤动。这是因为飞机返航加速过程中，当飞机速度接近声速时会使发动机发出的声波波面在飞机的前方堆积形成音障，当飞机加速冲破音障时而发出的巨大响声，称为音爆。关于音障的形成与下列哪种现象的形成原理最为相近()A．音叉周围有些区域声音较强，有些区域声音较弱B．敲响一只音叉，不远处的另一只音叉也发出声音C．火车进站时鸣笛的音调会变高，出站时会变低D．在屋外看不见屋内的人，却能听见屋内人说话13．(多选)下列选项与多普勒效应有关的是()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．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D．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14．(2020-2021学年河南省南阳市高二(下)联考)有一测速雷达，发射电磁波的频率为f1，用它来测量一迎面开来的汽车的车速，设该雷达接收到的从汽车反射回来的反射波的频率为f2，则()A．f1>f2 B．f1＝f2C．f1<f2 D．无法确定15．(多选)有两个静止的声源，分别发出声波1和声波2，在同一空间的空气中传播。如图所示为某时刻这两列波的波动图象。则下列说法正确的是()A．声波1的波速比声波2的波速大B．相对于同一障碍物，波1比波2的衍射现象更明显C．这两列波相遇时，不会产生干涉现象D．远离两个声源运动的观察者，听到这两列波的频率均比从声源发出的频率大16．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＜f17．一只汽船以4m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3s后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来的位置有多远？

18．情境：生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应．图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波，由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同．利用频率差f接收－f发出就能计算出车辆的速度，已知发出和接收的频率间关系为f接收＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(2v车,c)))f发出，式中c为真空中的光速，若f发出＝2×109Hz，f接收－f发出＝400Hz.问题：被测车辆的速度大小为多少．题组B能力提升练1．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，它可以控制无人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是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量与目标间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，则()A.当时，表明前车与无人车速度相同B.当时，表明前车一定处于静止状态C.当时，表明前车在加速行驶D.当时，表明前车在减速行驶2．(多选)一频率为600Hz的声源以20rad/s的角速度沿一半径为0.8m的圆周(圆心为O点)做匀速圆周运动,一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止,如图所示,则观察者接收到()A.声源在A点时发出声音的频率大于600HzB.声源在B点时发出声音的频率等于600HzC.声源在C点时发出声音的频率等于600HzD.声源在C点时发出声音的频率小于600HzE.声源在D点时发出声音的频率小于600Hz3．如图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，下列说法正确的是()A．该图表示的是衍射现象B．该图表示的是多普勒效应C．该图表示波源正在向B点移动D．观察者在图中的A点接收到的波的频率最低4．轮船在进港途中的x­t图象如图所示，则在港口所测的轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项中的()5．(多选)如图，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是()A．振针向右移动B．振针向左移动C．在A处的观察者，接收到的水波频率变小D．在A处的观察者，接收到的水波频率变大6．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象，正确的是()7．(多选)如图所示，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播，波速v＝400m/s。为了接收信号，在x＝400m处设有一接收器A(图中未标出)。已知t＝0时，波已经传播到x＝40m处，则下列说法中不正确的是()A．波源振动的周期为0.05sB．x＝40m处的质点在t＝0.5s时位移最大C．接收器在t＝1.0s时才能接收到此波D．若波源向x轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于20Hz8．如图所示，人在距公路约50m的M处，一辆汽车以25m/s的速度从公路上匀速驶过，人听到的汽车的频率()A．一直是稳定的 B．变得越来越高C．变得越来越低 D．先变低后变高9．正在报警的警钟每隔0.5s响一声，一个人正坐在以60km/h的速度向着警钟行驶的车中，已知声音在空气中的速度为330m/s，则这个人每分钟能听到几声警钟？

题组C培优拔尖练1．(2020-2021学年北京四中高二(下)期中)(多选)如图所示，小球P一边贴着水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动。x=0处是它的初始位置。图示为恰经10个周期时观察到的水面波。则下