人教版(新教材)高中物理选择性必修一学案：3 5 多普勒效应

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE1第5节多普勒效应核心素养物理观念科学思维1.知道多普勒效应。2.能定性分析多普勒效应产生的原因。3.能用多普勒效应解释一些物理现象。多普勒效应的应用如测车辆速度，测星球速度，测血流速度等。知识点一多普勒效应1.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，这种现象叫作多普勒效应。2.多普勒效应产生的原因(1)当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，观察到的频率等于波源振动的频率。(2)当波源与观察者相向运动时，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。(1)波源不动而观察者运动时，引起接收频率的变化是由于观察者接收到的波数增多或减少造成的。(2)当观察者不动而波源运动时，引起接收频率的变化是由于波长的改变而引起的。知识点二多普勒效应的应用(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：向人体内发射频率已知的超声波，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。〖思考判断〗(1)只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应。(×)(2)只要观察者在运动，就一定能观察到多普勒效应。(×)(3)只要波源与观察者之间有相对运动且两者间距发生变化，就一定能观察到多普勒效应。(√)(4)当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小。(√)(5)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。(√)(6)只有声波才能发生多普勒效应。(×)核心要点波源频率、接收频率和音调的关系〖观察探究〗将一个以电池作电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动，在几米之外再听它的声音。请思考以下几个问题：(1)在几米外听到的声音有什么变化？蜂鸣器的这种现象我们称作什么？(2)蜂鸣器发出的声音的音调由什么决定？〖提*示〗(1)当蜂鸣器靠近观察者时，听到的蜂鸣器的音调变高；当蜂鸣器远离观察者时，听到的蜂鸣器的音调变低。蜂鸣器的这种现象我们叫作多普勒效应。(2)音调由频率决定，频率大则音调高，频率小则音调低。〖探究归纳〗1.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。2.接收频率(1)波源和观察者相对静止时，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时，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。波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小。3.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。〖试题案例〗〖例1〗关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了B.发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C.当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应D.只有声波才能发生多普勒效应〖解析〗当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，而观察者与波源速度相同时，两者不发生相对运动，不会产生多普勒效应，选项C错误；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A错误，B正确；多普勒效应，不仅适用于声波，也适用于其他类型的波，包括电磁波和光波，选项D错误。〖答案〗B方法凝炼观测者向波源靠近时，波源频率不变，但观测者接收到的频率增加，即音调变高；反之，观测者与波源远离时，观测者接收到的频率降低、音调变低。〖针对训练1〗如图所示，装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比()A.频率不变，波速变小 B.波速不变，频率变小C.频率不变，波速变大 D.波速不变，频率变大〖解析〗波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的反射超声波与测速监视器发出的超声波相比波速不变，根据声音的多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率增加，所以被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比频率变大，故D正确，A、B、C错误。〖答案〗D核心要点多普勒效应产生的原因分析〖要点归纳〗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。〖试题案例〗〖例2〗如图所示，产生机械波的波源O做匀速运动，图中圆表示波峰，已知波源振动的频率为f0，则下列说法正确的是()A.该图表示波源正在向A点移动B.观察者在A点接收波的频率是定值且大于f0C.观察者在B点接收波的频率是定值且大于f0D.观察者在C点或D点接收波的频率是定值且大于f0〖解析〗根据多普勒效应产生的原因，该图表示波源正在向B点移动，故A错误；当波源向观察者运动时，观察者接收到的频率一定比波源振动的频率高；当波源远离观察者时，观察者接到的频率一定比波源振动的频率低。故B、D错误，C正确。〖答案〗C方法凝炼多普勒效应的判断方法(1)确定研究对象(波源与观察者)。(2)确定波源与观察者两者间距是否发生变化，若有变化，能发生多普勒效应，否则不发生。(3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。〖针对训练2〗(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降低的是()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〖解析〗根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小时，观察者接收到的频率一定比波源频率高，当波源和观察者间距离变大时，观察者接收到的频率一定比波源频率低。观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大，所以A、B错误，C、D正确。〖答案〗CD核心要点多普勒效应的应用〖要点归纳〗多普勒效应在生产和生活中的应用(1)多普勒效应测车速。(2)医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。(3)电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。(4)用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。〖试题案例〗〖例3〗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，结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。(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，反射回的频率应怎样变化？〖解析〗(1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，此现象为多普勒效应。(2)因巡警车接收到的频率变低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故轿车超速。(3)若轿车以20m/s的速度行进，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应增加。〖答案〗(1)C(2)超速(3)增加〖针对训练3〗(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，电磁波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波频率发生的变化，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〖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便可测定遥远星体相对地球远离的速度，故选项A正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故选项B正确；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动情况做出判断的，故选项C错误；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，故选项D正确。〖答案〗ABD1.(多普勒效应的理解)下列现象属于多普勒效应的是()A.远去的汽车声音越来越小B.炮弹迎面飞来，声音刺耳C.火车向你驶来时，音调变高，驶离你而去时，音调变低D.大风中，远处人的说话声时强时弱〖解析〗A项和D项中所说的现象是能量传递的问题，不是多普勒效应；B、C两项所发生的现象是多普勒效应。〖答案〗BC2.(多普勒效应的理解)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〖解析〗本题考查对波速和多普勒效应的理解，机械波在介质中的速度由介质决定，与波的频率、波源的速度无关，因此不论u如何变化，v都不变，声源向着接收器运动，接收器单位时间接收到的完全波的个数增加，波源的速度越大，单位时间接收到的完全波的个数越多，因此u增大时，f增大，B正确。〖答案〗B3.(多普勒效应的成因)(多选)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.机械波、电磁波、光波等均能产生多普勒效应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〖解析〗多普勒效应是所有波共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应，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B、D正确，A