3-5多普勒效应(人教版2019选择性必修第一册)(解析版)

第三章机械波第5节多普勒效应重点+难点核心素养解读1.知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应的形成原因.2.了解多普勒效应在生活中的应用，会用多普勒效应解释一些物理现象．1.物理观念：多普勒效应2.科学探究：多普勒效应在生活中的应用，了解它们的工作原理知识点一多普勒效应1．多普勒效应波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象．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，观测到的频率等于波源振动的频率．(2)当波源与观察者相互接近时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(选填“增加”或“减小”)，观测到的频率增加(选填“增加”或“减小”)；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率减小(选填“增加”或“减小”)．知识点二多普勒效应的应用1．利用多普勒测速仪测速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，根据反射波频率变化的多少，就能知道车辆的速度．2．利用超声波测血流速度医生向人体内发射频率已知的超声波，测出被血管中的血流反射后的波的频率变化，就可知道血流的速度．3．利用光波的频率变化，计算星球靠近或远离我们的速度．易错易混点一多普勒效应易错易混点1.1对多普勒效应认识不清。例1．上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，同学们听到蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是()A．旋转时蜂鸣器发声的频率变化了B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率C．蜂鸣器音调变低时，一定是向学生的方向运动D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的【答案】B【解析】旋转过程中，声源(蜂鸣器)与同学们的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，D错误；蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们听到的声音频率变化了，A错误，B正确；当蜂鸣器远离学生时，听到声音的频率变小即音调变低，C错误．易错易混点1.1剖析1．相对位置变化与频率的关系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(1)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．(2)发生多普勒效应时，波源的频率保持不变，只是观察者接收到的频率发生了变化．易错易混点1.2对频率增大和减小认识不清。例2．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【答案】B【解析】由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率f增大，故B项正确．易错易混点1.2剖析1．多普勒效应的产生不取决于波源和观察者相距多远，而取决于波源和观察者相对运动速度的大小和方向2．波的传播速度不因波源的移动而改变．易错易混点二多普勒效应的应用易错易混点2.1对多普勒效应的应用辨别不清例3．(多选)(2022·太原五中月考)关于多普勒效应的应用，下列说法中正确的是()A．发现星系谱线的“红移”现象B．利用多普勒效应可以从火车的鸣笛声中判断其运动方向C．利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度D．目前在技术上人们只能利用声波发生的多普勒效应【答案】ABC【解析】星系谱线的“红移”现象的发现是多普勒效应在天体运动中的应用，选项A正确；利用多普勒效应可以从火车的鸣笛声中判断其运动方向，这是多普勒效应在机械运动中的应用，选项B正确；利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度，这是多普勒效应在天体运动中的应用，选项C正确；人们已可以利用电磁波的多普勒效应进行各种测量，故D错误．易错易混点2.1剖析多普勒效应在生产、生活中的应用越来越广泛，其应用的主要方式是通过测速度来判断研究对象的状况．具体应用如下：1．超声波测速：发射装置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．根据反射波频率的变化的多少可以知道车辆的速度．2．医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后被仪器接收．测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，据此诊断疾病．3．可根据火车汽笛的音调的变化判断火车是进站还是出站；根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹飞行的方向等．4．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，可测得星球靠近或远离地球的速度．若星系远离我们运动，接收到的光波的频率变小，谱线就向频率小的红端移动，这种现象称为红移现象．针对训练一、单选题1．在下列现象中，不能用多普勒效应解释的有（）A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D．天文学上根据星球上某些元素发出的光波的频率，可以算出星球靠近或远离我们的速度【答案】A【解析】A．先看到后听到雷声是因为光的传播速度大于声音传播速度，A错误；B．超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板等细胞的运动会使得反射声波的频率发生变化，是多普勒效应引起的。B正确；C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，由于列车和人的位置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，使得音调会变低，是多普勒效应引起的，C正确；D．测量星球上发出的光波频率与地球上的同种元素静止时发光频率比较可以根据光的多普勒效应判断星球靠近或远离，D正确。不能用多普勒效应解释的，故选A。2．如图甲所示，同一均匀介质中的一条直线上有相距10米的两质点A、B、C为AB中点，从0时刻起，波源A、波源B同时开始振动，且波源A发出的波只向右传，波源B发出的波只向左传，图乙为A的振动图像，图丙为B的振动图像，若A向右传播的波与B向左传播的波在0.5s时相遇，则下列说法正确的是（）A．两列波的波长均为2mB．两列波在AB间传播的速度大小均为5m/sC．在两列波相遇的过程中，在时，C点的振动加强D．在B的右边有一观察者向右运动，观察者接收到的频率大于5Hz【答案】C【解析】AB．波速由介质决定，则两波在同一均匀介质中传播波速相同，设为v，则有代入数据解得由图知A的周期，则波长为由图知B的周期，则波长为故AB错误；C．A向右传播的波与B向左传播的波在0.5s时相遇，即在C点相遇，再经过0.2s就到了t=0.7s时刻，由图乙可知A波再经过0.2s处于平衡位置向上振动，由丙图可知B波再经0.2s处于平衡位置向上振动，故此时C点是振动加强，故C正确；D．由题可在，B的右边只接收到波源A传过去的波，A波的频率为，当在B的右边有一观察者向右运动时，远离波源A，根据多普勒效应，接收频率小于波源频率5Hz，故D错误。故选C。3．火车上有一个声源发出频率一定的乐音，当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下情况中，观察者听到这个乐音的音调（频率）一定比原来升高的是（）A．观察者静止，火车离他驶去B．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动C．火车运动，观察者乘汽车迎着火车运动D．火车运动，观察者乘汽车远离火车运动【答案】C【解析】根据多普勒效应，当观察者与声源相对靠近时，观察者接受到的频率增大，当观察者与声源相对远离时，观察者接受到的频率减小，观察者与声源相对静止时，观察者接受到的频率与声源的频率相等，可知上述情景中只有火车运动，观察者乘汽车迎着火车运动时，两者相对靠近，此时观察者听到这个乐音的音调（频率）一定比原来升高。故选C。4．如图所示是产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。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【答案】C【解析】A．该图表示由波源移动而引起的多普勒效应，故A正确，不符合题意；B．由图可知，观测者A在单位时间内接收到的完全波的个数最多，说明波源向A观测者靠近，故B正确，不符合题意；C．波源与CD观测者间的距离不断增大，故接收到的频率小于波源发出的频率，故C错误，符合题意；D．波源与观测者B的距离不断增大，故观测者接收到的频率小于波源发出的频率，故D正确，不符合题意。故选C。5．分析下列所描述的四个物理现象：①听到迎面而来越来越尖锐的汽笛声；②夏天里一次闪电过后，有时会雷声轰鸣不绝；③水塘中的水波能绕过障碍物继续传播；④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音。这些现象分别是波的（）A．多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象B．干涉现象、衍射现象、多普勒效应、折射现象C．多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象D．多普勒效应、反射现象、干涉现象、衍射现象【答案】C【解析】①听到迎面而来的尖锐汽笛声，即汽车靠近时感觉音调升高，这是多普勒效应造成的；

②夏天里一次闪电过后，有时会雷声轰鸣不绝，是因为声音在云层之间来回反射造成的；

③水塘中的水波能绕过障碍物继续传播，这是水波的衍射现象；

④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，是音叉发出两个频率相同的声波相互叠加，出现加强区和减弱区，这是干涉现象，故C正确，ABD错误。故选C。二、多选题6．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/s【答案】AC【解析】AB．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；CD．小球的振动周期为小球振动10个周期所用的时间为小球的速度为水面波的传播速度为所以C正确；D错误；故选AC。7．公路旁常有警察使用雷达测速仪来测定车辆的速度，以此来判断车辆是否超速，测速仪可在极短的时间内发射两束雷达波（速度为光的传播速度），根据接收到反射回来的雷达波来测定汽车的速度。下列说法中正确的是（

）A．测出的速度实质上是发射两束雷达波时间内的平均速度B．测出的速度实质上就是车辆经过的瞬时速度C．测速仪直接测出的物理量是时间差D．测速仪测出的速度可以认为是车辆经过时的瞬时速度【答案】ACD【解析】AB．因雷达测速仪发射两束雷达波有一定的时间间隔，故实质上是发射两束雷达波时间内的平均速度，故A正确，B错误；C．测速仪直接测出的是接收到两束雷达波的时间差，故C正确；D．测速仪测出的虽然是平均速度，但由于时间短，故可以认为是车辆经过时的瞬时速度，故D正确。故选ACD。8．关于波的特有现象，下列说法正确的是（）A．只有频率相同的两列波才有可能发生干涉B．干涉时，振动加强的质点始终处于最大位移处C．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象D．医生用“彩超”对病人身体的检查是多普勒效应的应用【答案】AD【解析】A．由波的干涉定义可知，只有频率相同的两列波才有可能产生干涉，A正确；B．干涉时，振动加强的质点振幅最大，其位移随时间做周期性变化，不会始终处于最大位移处，B错误；C．波遇到障碍物时，只有障碍物的尺寸与波的波长相差不多，或比波长更小时，会产生明显的衍射现象，C错误；D．医生用“彩超”对病人身体的检查是多普勒效应的应用，D正确。故选AD。9．下列各仪器的分析中正确的是（）A．偏光镜是利用纵波偏振特性的仪器B．医学上用的内窥镜用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部，内窥镜的连线是用光导纤维制成的，利用了光的全反射原理C．照相机镜头呈淡紫色是光的衍射引起的D．雷达测速仪是利用波的多普勤效应原理【答案】BD【解析】A．偏光镜是利用横波偏振特性的仪器，故A错误；B．内窥镜的连线是用光导纤维制成的，利用了光的全反射原理，故B正确；C．照相机镜头呈淡紫色是光的薄膜干涉引起的，故C错；D．雷达测速主要是利用多普勒效应原理:当目标向雷达天线靠近时,反射信号频率将高于发射机频率;反之,当目标远离天线而去时,反射信号频率将低于发射机率.如此即可借由频率的改变数值,计算出目标与雷达的相对速度，故D正确。故选BD。10．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时；它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲的频率高于20000Hz，能持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射数次。已知蝙蝠在一次正朝着表面平