高考物理专项复习：机械振动之多普勒效应

第二章,机械振动第05讲多普勒效应

知识要点难易度

1.多普勒效应：靠近波源，频率升高★★

2.多普勒效应的应用★★★

3.适应范围：一切机械波和电磁波★

知识点01多普勒效应

［观察思考］

当救护车、消防车从身边飞驰而过时，你有没有注意过它们鸣笛声的音调发生了变化？

［答案］:向你驶来时，你会觉得音调升高了；当车辆离你而去时，音调降低了。

1.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。

2.波源频率和接收频率；

(1)完全波：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。

(2)波源频率：单位时间内波源发出的完全波的个数。

(3)接收频率：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，即感觉到波的频率。

3.多普勒效应：

波源与观察者有相对运动时(靠近或远离)，接收到的波的频率都会发生变化(高于波源频率或低于

波源频率)的现象。

波源与观察者相互靠近时，感觉声音“尖锐”，而相互远离时感觉声音“低沉”。

4.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，即观察者的接受频

率等于波源频率.

(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

即接受频率〉波源频率；反之，当波源与观察者互相远离时，接受频率〈波源频率。

(3)波源与观察的相对运动速度越大，观察到的频率改变也越大，即多普勒效应越明显。

波速(机械波)即波的前沿传播速度只决定于介质，并不因为波源相对于介质有相对运动而改变。

5.多普勒效应的拓展理解：

(1)发生多普勒效应时波源频率(周期)并没有发生改变，而是观察者感觉频率有改变。

(2)由于运动的相对性，描述波源与观察者的运动一般用介质做为参考系。

既可以是波源运动，也可以是观察者运动，也可以是两者以不同速度运动。

(3)当观察者远离声源速度大于声音传播速度时，将听不到声音。

(4)多普勒效应不仅机械波会发生，电磁波也会发生，即一切波动都会发生多普勒效应。

【例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

【例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？

【例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8运动过程中，她感觉哨声音调变高

B.女同学从E向。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

知识点02多普勒效应的应用

1,原理：

当两者相互远离时，观察者接收到的波的频率变小；当两者相互靠近时，观察者接收到的波的频率

变大，但波源的频率不变。因此利用观察到频率的变化计算出波源的运动速度。

(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，彩超即利用此原理。

2,多普勒效应的常见情况：

相对位置图示结论

波源S和观察者A相对

/波源=/观察者，音调不变

静止不动(

波源S不动,观察者A运靠近波源，由Af3,贝!1/波源勺*观察者，音调变IWJ;

动，由4一*3或Af。*远离波源，由Af。，则/波吟f观察者，音调变低

观察者A不动，波源S运

f波源＜f观察者，音调变IWJ

动，由S-S2(3

【例4］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？

【例5】(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0点)做匀速圆周

运动,一观察者站在离圆心很远的尸点且相对于圆心静止，如图所示，则观察者接收到

在A处发出声音的频率600Hz,在B处发出声音的频率600Hz,

在C处发出声音的频率600Hz,在D处发出声音的频率600Hz„

A.声源在4点时发出声音的频率大于600Hz

B.声源在B点时发出声音的频率等于600Hz

C.声源在C点时发出声音的频率等于600Hz

D.声源在C点时发出声音的频率小于600Hz

E.声源在。点时发出声音的频率小于600Hz

※知识点03几种特殊的多普勒现象

1.音障：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。

2,艄波：当波源移动的速度接近介质中的波速。

题型01多普勒效应概念辨析

1.如图所示是用发波水槽演示多普勒效应原理的实验照片，波源以固定频率振动并以恒定速度移动，质点

A、B位于水波对称轴x轴上，下列说法中正确的是()

(A)A处波速小于8处波速

(B)A处波速大于8处波速

(C)波源向x轴正方向运动

(D)波源向x轴负方向运动

题型02听到几次警报

［归纳总结］

周期性发生警报类似于波源的周期性振动，应用多普勒效应原理进行计算。

先求解波前之间的实际距离d(类似于/)，再求解波源和观察者相对运动的距离s,则警报次数n=s/d。

【例5］一个报警器每1s发出一声警报，某人在速度为100m/s的高铁内向着报警器运动，假设声音传

播速度为300m/s,问该人Imin能听到几次警报？

※多普勒效应的公式推导

。波士。听

靠近，分子+分母远离，分子-分母+

题型03速度矢量分解分析多普勒效应

［归纳总结］

发生多普勒效应是波源和观察者发生相对运动，该相对运动是指沿波源和观察者连线方向的运动。

如果速度不是沿连线，需要对速度做矢量分解。

【例5】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

【归纳总结】对多普勒效应的理解

观察者听到的音调的高、低取决于他接收到的声波频率的大小。在声源发声频率不变的情况下，观察

者接收到的频率的变化情况取决于两者之间是否有相对运动以及相对运动速度的方向和大小。

1.下列关于机械波的说法正确的是（）

（A）发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化

（B）驱动力的频率越接近物体的固有频率时物体振动的振幅越大

（C）波发生反射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化

（D）发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸比波长大或差不多

2.下列说法中错误的是（）

（A）该图表示的是多普勒现象

（B）此时波源正在向A观测者靠近

（C）CD两位观测者此时接收到的频率和波源发出的频率相等

（D）B观测者此时接收到的频率小于波源发出的频率

3.如图所示，光滑水平细杆两端固定，小滑块与轻弹簧相连，并套在细杆上，轻弹簧左端固定；在小滑块

上固定一个能持续发出单一频率声音的蜂鸣器。滑块与蜂鸣器静止时处于。点，现将其拉到N点由静止释

放，滑块与蜂鸣器就沿着细杆在M、N之间振动起来。某同学站在右侧，耳朵正好在延长线上，滑块

与蜂鸣器整体视为质点，则（）

（A）该同学听到的蜂鸣器的声音是断断续续的

（B）该同学听到的蜂鸣器振动时的声音总是比静止时音调高

（C）如果增大滑块与蜂鸣器振动的振幅，其振动周期一定增大

（D）滑块与蜂鸣器的振动可以视为简谐运动

4.下列关于机械振动和机械波的说法，正确的是（）

（A）声源靠近观察者，观察者接受到的声波频率大于声源的频率

（B）衍射是横波特有的现象，纵波不能发生衍射现象

（C）固有频率为2Hz的振子在9Hz的驱动力作用下做受迫振动的振动频率为2Hz

（D）两列相同频率的波的叠加区域内到两波波源距离之差为波长的整数倍的点一定是振动加强点

5.多普勒效应在科学技术中有广泛的应用。下列说法错误的是（）

（A）利用多普勒测速仪，可以测量水在海底的流速

（B）“彩超”利用了多普勒效应

（C）多普勒效应不能用于天体研究

（D）波源与观察者相互靠近或者远离时，观察者接收到的波的频率会发生变化

6.中国空间站持续发出频率为了的监测电波，地面监测站先后接收到空间站通过A、8位置时的信号频率分

别为人、/B)则()

(A)fA>f>fB(B)fA<f<fB

(C)A=/B</(D)

7.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/hB.低于100km/h

C.等于100km/hD.无法确定

8.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以"表示声源的速度，v表示声波的速度（"<v）,

/表示接收器接收到的频率。若a增大，则（）

A.7■增大，v增大B.7增大，v不变

C./不变，v增大D./减小，v不变

9.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39000Hz

B.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

10.（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

11.轮船在进港途中的x-f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（）

12.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（）

M

A.一直是稳定的B.变得越来越高

C.变得越来越