人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案1：3 5 多普勒效应

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE13.5多普勒效应学习目标1．了解多普勒效应及其产生的原因。2．了解多普勒效应在生活中的应用。重点：多普勒效应。难点：多普勒效应中频率变化的理解。知识点一、音调与响度1．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．响度：由振幅决定，振幅大则响度大，振幅小则响度小。3．波源频率、接收频率（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。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。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。知识点二、多普勒效应1．现象：当汽车向你驶来时，感觉音调变高；当汽车离你远去时，感觉音调变低（音调由频率决定，频率高音调高；频率低，音调低）。2．定义：指由于波源与观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象。3．多普勒效应的成因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。（1）当波源和观察者相对介质都静止不动，即二者没有相对运动时。单位时间内波源发出几个完全波，观察者在单位时间内就接收到几个完全波。观察者接收到的频率等于波源的频率。（2）波源相对介质不动，观察者朝波源运动时（或观察者不动，波源朝观察者运动时）。观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大。（3）波源相对介质不动，观察者远离波源运动时（或观察者不动，波源远离观察者运动时）。观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。总之：当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。4．观察者接收到的频率的判断（1）声音的音调取决于频率，频率高则音调高，频率低则音调低。（2）当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收到的频率小于波源频率，音调变低。特别提醒：①在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。②多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。习题1.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音调降低习题2.如图分别反映了飞机以三种速度在空中（不考虑空气的流动）水平飞行时，产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况，A表示飞机的位置。请你利用给出的图，确定飞机飞行速度最大的是_____（选填“甲”“乙”或“丙”）。习题3.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

习题4.以下关于多普勒效应的说法中正确的是（）A．有多普勒效应时，波源的振动频率发生变化B．有多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化C．多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化D．人与波源有相对运动时，观察到的频率一定发生变化5．发生多普勒效应的几种情况归纳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。特别提醒：①无论什么情况，发生多普勒效应时，波源与观察者肯定有相对运动，二者相互靠近时，观察者接收到的频率变高，相互远离时，接收到的频率变低。②多普勒效应的产生不是取决于观察者距波源多远，而是取决于观察者相对于波源的运动速度的大小和方向。习题5.如图所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2＞v1。甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为_________________。习题6.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音调降低

6．多普勒效应的应用（1）多普勒效应测车速。交警向行进中的车辆发射________的超声波，同时测量_____的频率，根据反射波频率__________，就能知道车辆的速度。（2）医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。向人体内发射________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________，就可得血流速度。（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。测量星球上某些元素发出的光波的______。然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球的速度。7．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。习题7.沿直线行驶的汽车通过某观察站时，观察到汽车发出的频率由1200Hz下降为1000Hz，已知空气中声速为340m/s，求车速。

习题8.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（）A．多普勒效应B．波的衍射C．波的干涉D．共振习题9.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？习题10.如图所示，实线表示波峰，S为波源，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1s内由B运动到A，观察者接收到多少个完全波？设波速为340m/s，若要让观察者完全接收不到波，那么，他的运动速度应该是多少？如果观察者在1s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？

8．多普勒效应的定量研究习题11.沿直线行驶的汽车通过某观察站时，观察到汽车发出的频率由1200Hz下降为1000Hz，已知空气中声速为340m/s，求车速。习题12.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习题13.一警车上的警报器发射频率f=1000Hz的声波，警车远离静止的观察者向一悬崖行驶，车速v=10m/s，已知声音在空气中的传播速度为v声=330m/s，试问：（1）观察者直接从警报器听到的声音频率是多大？（2）观察者听到从悬崖反射的声音频率是多大？

9．理解多普勒效应的三个误区误区1：误认为发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化有此错误认识，是因为没有正确理解发生多普勒效应的原因，发生多普勒效应时，接收到的频率发生变化，但波源频率并没有变化。误区2：误认为发生多普勒效应是因为波速发生了变化产生误区的原因是没有正确理解发生多普勒效应及波速的决定因素，是否发生多普勒效应取决于观察者与波源是否存在相对运动，波速只取决于介质，与是否发生多普勒效应无关。误区3：误认为只有机械波才能发生多普勒效应这是因为没有认识到多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，电磁波也会发生多普勒效应。习题14.观察者不动，波源迎面而来时（）A．波源的波长发生了改变B．波源的频率发生了改变C．观察者收到波的频率发生了改变D．波速发生了改变

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁习题1.〖答案〗CD〖解析〗多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应，A项错误。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项错误。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项正确。火车离站时，站台上的旅客和火车相互远离，听到火车的汽笛音调降低，D项正确。习题2.〖答案〗丙〖解析〗题图甲中，飞机飞到A点时，声波已传播到前面了，即飞机慢于声音，题图乙中飞机与声音速度相同，题图丙中，飞机运动到A点时，声波还在后面，故飞机运动快于声音。习题3.〖答案〗AD〖解析〗女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低。选项A、D正确，B、C错误。习题4.〖答案〗B〖解析〗当观察者与声源有相对运动（接近或远离），观察者测得声波频率有变化，但波源的频率不变.当观察者尽管有相对运动，但距离不变时，此时不会出现多普勒效应，B选项正确。习题5.〖答案〗f1、f3、f2〖解析〗由于v2＞v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1＞f0，由于乙静止不动，则汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变低，即f2＜f0。由于司机和汽车相对静止，所以司机听到的频率不变，即f3=f0。综上所述，三人听到笛声的频率由高至低依次为f1、f3、f2。习题6.〖答案〗CD〖解析〗多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应，A项错误。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项错误。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项正确。火车离站时，站台上的旅客和火车相互远离，听到火车的汽笛音调降低，D项正确。6．（1）频率已知反射波变化的多少（2）频率已知频率变化（4）频率习题7.〖答案〗30.9m/s〖解析〗本题考查了观察者不动而声源运动时发生的多普勒效应，由题意可知，观察的频率由高到低，说明波源朝观察者运动，尔后又背离观察者运动，这是本题的创新之处。当汽车驶近观测站时，波长被压缩为λ1＝λ－v车·T，观测到的频率f1＝eq\f(v声f,v声－v车) ①同理：当汽车远离观察站时，观测到的频率f2＝eq\f(v声f,v声＋v车) ②由①、②得v车＝eq\f(f1－f2,f1＋f2)v声＝30.9m/s习题8.〖答案〗A〖解析〗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距离发生变化，从而发生了多普勒效应，选项A对，B、C、D错。习题9.〖答案〗（1）多普勒效应（2）超速（3）变高。〖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变高。习题10.〖答案〗（1）19个完全波（2）340m/s〖解析〗（1）观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，即接收到的频率.如果观察者不运动，在1s内，观察者接收到的完全波的个数应当是20个，然而当观察者从B运动到A的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只能接收到19个完全波。（2）要想让观察者完全接收不到波，他必须远离波并随同所在的波峰一起运动，即观察者的运动速度应该是340m/s。习题11.〖答案〗30.9m/s〖解析〗本题考查了观察者不动而声源运动时发生的多普勒效应，由题意可知，观察的频率由高到低，说明波源朝观察者运动，尔后又背离观察者运动，这是本题的创新之处。当汽车驶近观测站时，波长被压缩为λ1＝λ－v车·T，观测到的频率f1＝eq\f(v声f,v声－v车)①同理：当汽车远