【同步学练】高中物理人教版(2019)选择性必修1：第3章5.多普勒效应学案(教师版)

5．多普勒效应1．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。2．培养利用控制变量法探究问题的能力。3．了解多普勒效应在实际生活中的应用。多普勒效应1．定义波源与观察者相互靠近或远离时，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．产生原因(1)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率增加。(2)当波源与观察者相互远离时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目减少，观测到的频率减小。无论波源与观察者间是否有相对运动，是否发生多普勒效应，波源发出的波的频率不变，改变的仅是接收到的波的频率。当你站在路边，警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化。问题1你听到警笛的音调有何不同？提示：警车向你靠近时听到警笛的音调变高，警车远离时听到警笛的音调变低。问题2实际上警笛的音调会变化吗？提示：不会。问题3听到音调发生变化的原因是什么？提示：警车与人之间发生了相对运动。1．多普勒效应的成因发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。2．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【典例1】(2022·江苏苏州质检)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。(1)该图表示的是()A．干涉现象B．衍射现象C．反射现象D．多普勒效应(2)波源正在移向()A．A点B．B点C．C点D．D点(3)观察到的波的频率最低的点是()A．A点B．B点C．C点 D．D点[思路点拨]本题主要是对多普勒效应的分析，判断问题时必须明确如下几点：①常见的波动现象有哪些？②怎样根据波形判断波源的移动方向？③波源的移动对观察到的波的频率有何影响？(1)D(2)A(3)B[(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确。(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到的波的频率最低，即B选项正确。]多普勒效应的判断方法(1)确定研究对象(波源与观察者)。(2)确定波源与观察者是否有相对运动，若有相对运动，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。[跟进训练]1．(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。则下列说法正确的是()A．位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5HzB．位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率大于5HzC．水面波的传播速度是0.2m/s，小球匀速移动的速度是0.1m/sD．水面波的传播速度是0.4m/s，小球匀速移动的速度是0.2m/sAC[小球每秒振动5次，所以波的频率为5Hz，小球沿x轴正方向匀速移动，根据多普勒效应规律可知，位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5Hz，位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率小于5Hz，所以A正确，B错误；小球的振动周期为T＝15s＝0.2s，小球振动10个周期所用的时间为t＝10T＝2s，小球的速度为v1＝s1t＝20多普勒效应的应用1．测量汽车速度：交通警察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，可得星球的速度。3．测血液流速：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，就能知道血流的速度。如图为卫星跟踪站，人们可以跟踪人造地球卫星。问题1人们怎样利用卫星跟踪站观测卫星？提示：一旦卫星经过跟踪站上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小，人们根据接收到的信号频率变化来观察卫星。问题2人们发现星球光谱的频率在变小，说明什么问题？提示：说明星球正在远离地球。【典例2】(多选)下面实例中利用了多普勒效应的是()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时，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去ABD[利用光波的多普勒效应可以测定遥远天体相对于地球的运动速度，A选项正确。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，由多普勒效应可求出运动物体的速度，B选项正确。铁路工人主要根据铁轨振动的强弱而非频率的高低来对列车的运动作出判断，C选项错误。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选项正确。][跟进训练]2．(多选)火车鸣笛，当观察者听到鸣笛声的音调比声源发出来的音调降低时，下列判断可能正确的是()A．观察者静止，火车向他驶来B．观察者静止，火车离他远去C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动BD[根据多普勒效应可知，当波源和观察者间的距离变小时，观察者接收到的频率比波源的频率高，当波源和观察者间的距离变大时，观察者接收到的频率比波源的频率低。由于观察者听到鸣笛声的音调比原来低，所以观察者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，B、D正确。]1．关于多普勒效应，下列说法正确的是()A．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化B．观察者与声源间没有相对运动也可能产生多普勒效应C．甲、乙两列车相向行驶，两车均鸣笛，且所发出的笛声频率相同，那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率D．救护车迎面驶来时，听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应D[产生多普勒效应的原因是观察者相对波源的位置发生变化，A、B错误；甲、乙两列车相向行驶，两车均鸣笛，且发出的笛声频率相同，那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率高于他听到的乙车笛声频率，C错误；救护车迎面驶来时，听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应，D正确。]2．(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，下列关于女同学感受到声音变化的说法正确的是()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AD[由题图可知，女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就在靠近声源，根据多普勒效应，她接收到的哨声频率变高，音调变高；反之女同学向左运动时，她感受到音调变低。A、D正确，B、C错误。]3．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＜fD[由题意可知，声源靠近A处的人，由多普勒效应可知，A处的人接收到声波的频率变大，即f1>f；声源远离B处的人，同理可知B处的人接收到声波的频率变小，即f2<f，选项D正确。]回归本节知识，自我完成以下问题：1．为什么会产生多普勒效应现象？提示：观察者与波源存在相对运动。2．发生多普勒效应时，波源的频率发生变化了吗？提示：没有变化。3．多普勒效应的产生与观察者距波源远近有关吗？提示：无关。宇宙学中的多普勒效应20世纪20年代，天文学家在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与到地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，科学家提出了大爆炸宇宙模型，认为宇宙是在大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的状态。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。具有波动性的