第5节　多普勒效应 教学设计

第5节多普勒效应[学习目标]1．知道什么是多普勒效应，了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．知识点1多普勒效应1．定义：多普勒效应指由于波源与观察者之间发生相互靠近或者相互远离时，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象．2．多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者感觉到的频率等于波源振动的频率．(2)波源与观察者相互接近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者感觉到的频率大于波源的频率，即感觉到的频率增加．(3)波源与观察者相互远离时，观察者感觉到的频率变小．知识点2多普勒效应的应用1．交通大城市中的一些路段通常需限制车速，如学校附近，在公路上安装多普勒测速仪便可监视到过往车辆的行驶速度是否符合要求．2．测天体运动通过测量某天体上元素发出的光波的频率，就可以算出此天体相对地球的运动情况．3．医疗医院里用的彩超通过测定血液流速，可以检查大脑、眼底等处的血管病变．[判一判](1)产生多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化．()(2)我们在剧场听演唱会时，听到的声音频率与声源的频率是不一致的．()(3)人与波源有相对运动时，接收到的频率一定发生变化．()(4)只有横波才能发生多普勒效应．()(5)波源与观察者相互远离时，观察者感觉到的频率变小．()提示：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√[想一想](1)火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗？(2)随着科技的发展和作战的需要，现在的战斗机飞得越来越快，有些战斗机的速度超过了声音在空气中的传播速度．假设某爆炸声在空气中的传播速度为340m/s，一架战斗机正在爆炸点附近远离它飞行，要使飞行员听不到爆炸声，战斗机飞行的速度至少多大？提示：(1)不能．坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的．(2)要使飞行员恰好听不到爆炸声，即飞行员正好一个声波也接收不到，则他随战斗机运动的速度应与波峰前进的速度一样，即战斗机应以340m/s的速度飞行远离爆炸点．1．(多普勒效应)关于多普勒效应，下列说法正确的是()A．多普勒效应是由波的干涉引起的B．多普勒效应说明波源的频率发生变化C．多普勒效应是由波源与观察者之间有相对运动而产生的D．只要观察者位置发生变化，就一定会产生多普勒效应解析：选C.多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生改变的现象．2．(多普勒效应)当火车进站鸣笛时，我们在车站听到的声音的频率和音调()A．变低，变高B．不变，变高C．变高，变高D．不知声速和火车车速，不能判断解析：选C.火车进站鸣笛时，声源与观察者距离减小，观察者感受到的频率变大，音调变高．3．(多普勒效应)(多选)(2022·四川武胜烈面中学高二期中)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，听到声音的频率大于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解析：选AD.根据多普勒效应规律，当汽车向你驶过来时，听到的喇叭声音的频率大于300Hz，A正确，B错误；当汽车和你擦身而过后，听到的喇叭声音的频率小于300Hz，C错误，D正确．4．(多普勒效应的应用)(多选)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原理B．不仅机械波，电磁波也会发生多普勒效应C．由地球上接收到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解析：选AB.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原理，故A正确；多普勒效应是波特有的现象，故B正确；当波源与观察者相互靠近时，观测到的频率增加，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；“红移”现象中各条谱线的波长均变长，即频率变小，因此遥远天体应正在远离地球，故C错误．探究一对多普勒效应的理解【问题导引】1．生活中我们能否从飞机轰鸣声调的高低，判断它是从远处飞来，还是掠过头顶而去？2．站在马路边，一辆响着喇叭的汽车从身边驶过．你听到的喇叭音调是否变化？提示：1.能2.变化1．波源频率波源的频率等于单位时间内波源发出的完整波的个数．2．观察者接收到的频率发生多普勒效应时，波源的频率并没有变化，是接收者接收的频率(单位时间内接收到的完整波的个数)发生变化(大于或小于波源频率)．3．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→S1f波源<f观察者，音调变高【例1】(多选)下列关于多普勒效应的说法，正确的是()A．只有声波才能发生多普勒效应B．当观察者靠近声源时，听到声音的音调升高，说明声源的频率升高了C．当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时，不会发生多普勒效应D．火车离站时，站台上的旅客听到火车的汽笛声音调降低[解析]多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波也会发生多普勒效应，A错误；发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接收到的频率发生了变化，B错误；当波源和观察者以相同的速度同向运动时，两者之间无相对运动，不会发生多普勒效应，C正确；火车离站时，站台上的旅客和火车相互远离，听到火车的汽笛声音调降低，D正确．[答案]CD[针对训练1]关于多普勒效应，下列说法正确的是()A．发生多普勒效应时，波源频率发生了变化B．要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化C．火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高D．只有声波才能发生多普勒效应解析：选B.发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两者间距发生变化才能发生多普勒效应，故A错误，B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小时，观察者接收到的频率一定比波源频率高，听到的声音音调变高，当波源和观察者间距变大时，观察者接收到的频率一定比波源频率低，听到的声音音调变低，故C错误；所有波都能发生多普勒效应，故D错误．探究二多普勒效应的应用【问题导引】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．这一技术主要体现了哪一种物理现象？提示：仪器接收到的波的频率发生变化，是因为血液的流动使波源与接收仪器间的距离发生变化，从而发生了多普勒效应．1．多普勒效应的应用(1)多普勒效应测车速．(2)医用彩色超声多普勒诊断仪测定心脏跳动，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．2．超声波及其应用(1)定义：频率高于2×104Hz的声波．(2)特点：大功率的超声波几乎沿直线传播．(3)应用：超声波洗涤，超声波碎石，超声波探测仪，医用彩超等．【例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，该电磁波被轿车反射回来时，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________(选填“超速”或“不超速”)．(3)若轿车以20m/s的速度行进，反射回的频率应________(选填“增大”“不变”或“减小”)．[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)因警车接收到的频率低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比警车车速大，故该车超速．(3)若该车以20m/s的速度行进，此时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大．[答案](1)C(2)超速(3)增大[针对训练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，就知道汽车是否超速，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时产生的声音判断飞行炮弹是接近还是远去解析：选ABD.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星体相对地球运动的速度，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，由多普勒效应可以判断汽车是否超速，B正确；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，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，D正确．(建议用时：15分钟)[基础巩固练]1．(多选)下列哪些现象是多普勒效应()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，远离你而去时，音调变低D．大风中，远处人的说话声时强时弱解析：选BC.声波音调的高低由其频率决定，据多普勒效应，当声源与观察者发生相对运动时，观察者听到的声音会变化，B、C正确；声音的强弱由声波的能量决定，声源越近，声波能量越大，听起来越响亮，但音调不一定变化，A、D不是由多普勒效应造成的．2．(多选)关于多普勒效应的说法正确的是()A．若波源向观察者靠近，则波源发出的频率变小B．若波源向观察者靠近，则观察者接收到的频率变大C．若观察者远离波源，则波源发出的频率变小D．若波源和观察者相互远离，则观察者接收到的频率变小解析：选BD.若波源向观察者靠近，则波源发出的频率不变，观察者接收到的频率会变大，A错误，B正确；若观察者远离波源，波源发出的频率也不变，C错误；若波源和观察者相互远离，则观察者接收到的频率变小，D正确．3．(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：选BC.在同种介质中，超声波的传播速度保持不变，根据多普勒效应可知，频率变高，B、C正确．4．(多选)如图所示，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上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，接收到的水波频率比振针的振动频率小D．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率大解析：选AC.振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者时，水波波长变长，观察者接收到的频率比振针的振动频率小，故A、C正确．[综合提升练]5．a为声源，发出声波．b为接收者，接收a发出的声波．若a、b在沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声速)．以下说法正确的是()A．若a、b相互靠近，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低B．若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低C．若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高D．若a静止，b向a运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高解析：选D.b接收到的声波的频率的高低关键是看声源a与接收者b之间的距离如何变化，若远离则b接收到的声波的频率比a发出的低，若靠近则b接收到的声波的频率比a发出的高，故A错误，D正确；当a、b向同一方向运动时，两者之间的距离可变大、可变小、可不变，故b接收到的声波的频率与a发出的声波的频率关系不确定，故B、C错误．6．(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