3.5 多普勒效应（解析版） -2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）

3.5多普勒效应0101学习目标物理素养学习目标1.物理观念：知道多普勒效应，了解多普勒效应产生的机理。2.科学思维：能根据相对运动理解多普勒效应。3.科学探究：经历探究多普勒效应的过程。4.科学态度与责任：了解多普勒效应在生活和科技中的应用，培养学习兴趣。1.通过实验了解多普勒效应及产生的原因，知道多普勒效应是波特有的现象。2.知道多普勒现象的简单应用。重点关注：①频率②相对运动③多普勒效应002思维导图003知识梳理（一）课前研读课本，梳理基础知识一、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“减少”)，观测到的频率增大(选填“增大”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“增大”或“减小”)。说明：(1)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。二、多普勒效应的应用1.测车辆速度:交通警察向行进中的车辆发射一个已知频率的超声波,波被运动的车辆反射回来时,交通警察根据反射波频率变化的多少可知车辆的速度。2.测天体速度:根据光波的多普勒效应,在地球上接收到的遥远天体上某些元素发出的光波频率,与地球上这些元素静止时发光的频率对照,可以判断遥远天体相对地球的运动速度。拓展——红移现象：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。若星球远离我们运动，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。3.医用“彩超”:医生向人体发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液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,据此诊断疾病。4.听音辨向:可根据火车汽笛声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。（二）辨析1.火车进站和出站时,坐在火车上的乘客能感受到汽笛声的音调发生变化吗?【答案】不能。坐在火车上的乘客会感受到汽笛声的音调不发生变化,是因为声源相对乘客是静止的。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为多大?【答案】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前进的速度相同,即战斗机应以340m/s的速度远离爆炸点飞行。004题型精讲【题型一】多普勒效应【点拨】【点拨】相对位置图示结论(频率、音调、波面)波源S和观察者A相对静止f观察者＝f波源，音调不变波源S不动，观察者运动，由A→B或A→C由A→B，f观察者>f波源，音调升高由A→C，f观察者<f波源，音调降低观察者A不动，波源S运动，由S→S′，接近观察者或远离观察者波源向哪运动，哪个方向波面被压缩较密集接近观察者，f观察者>f波源，音调升高远离观察者，f观察者<f波源，音调降低成因归纳: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。【典型例题1】（23-24高二下·山西太原·期末）固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可形成水波。振动片在水面上沿x轴匀速移动时，拍得某时刻波的图样如图所示。下列选项正确的是（）A．波源向x轴负方向运动B．A位置处波速大于B位置处波速C．A位置处波速小于B位置处波速D．A位置处接收到的波的频率小于B位置处接收到的波的频率【答案】A【详解】A．左边形成的波纹比较密，右边的稀疏，所以振动片是向左侧移动，故A正确；BC．波速由介质决定，则A位置处波速等于B位置处波速，选项BC错误；D．因波源向左移动，根据多普勒效应，A位置处接收到的波的频率大于B位置处接收到的波的频率，选项D错误。故选A。【对点训练1】（2024高三·全国·专题练习）如图所示为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。下列说法正确的是（）A．A处波速大于B处波速B．A处质点的振幅越来越大C．波源可能向x轴正方向运动D．波源一定向x轴负方向运动【答案】D【详解】A.机械波传播速度与介质有关，A、B是同一介质中的两点，波速相等，故A错误；B.由于不知道质点固有频率和波源频率之间的关系，则无法判定A质点的振幅变化情况，故B错误；CD.在A点单位时间内接收到的波面比B点多，则在A点观察到的频率比在B点观察到的频率高，因此波源向x轴负方向运动，故C错误，D正确。故选D。005强化训练【基础强化】1．（2024·重庆·模拟预测）一乘客伫立在站台，列车持续鸣笛（频率固定）通过站台时，从靠近到远离站台过程中，该乘客听到鸣笛声的频率变化情况是（

）A．一直增大 B．一直减小 C．先增大后减小 D．先减小后增大【答案】C【详解】当乘客站在火车轨道旁，一列正在鸣笛的高速火车靠近他的过程中，距离越来越小，乘客感知的音调逐渐变高，即该乘客听到鸣笛声的频率增大；火车离他而去，距离越来越远，乘客感知的音调逐渐变低，即该乘客听到鸣笛声的频率减小。故选C。2．（23-24高一下·上海长宁·期末）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表示声源的运动速度，v表示声波的传播速度（u<v），f表示接收器接收到的频率，若u增大，则（）A．f变大，v不变 B．f变大，v增大 C．f不变，v不变 D．f不变，v增大【答案】A【详解】当声源靠近接收器时，接收器收到的频率增大，若声源在空气中向着静止的接收器匀速运动的速度增大，则接收器接收到的频率会更大，但声波的速度不会发生变化。故选A。3．（23-24高三下·重庆·阶段练习）一列火车鸣笛匀速经过铁道，旁边的人听到鸣笛声的音调一直在变化，则下列说法正确的是（）A．铁道旁的人听到鸣笛声的音调发生变化是因为声波发生了干涉B．铁道旁的人听到鸣笛声的音调一直升高C．列车上的乘客听到鸣笛声的音调不变D．鸣笛声的音调越高则在空气中传播得越快【答案】C【详解】A．鸣笛声的音调发生变化是多普勒效应，不是声波的干涉，选项A错误；B．由多普勒效应可知，当火车靠近铁道旁的人时，人听到的鸣笛声的音调升高；当火车远离铁道旁的人时，人听到的鸣笛声的音调降低，选项B错误；C．由于车上乘客和鸣笛无相对运动，故不产生多普勒效应，听到的音调不变，选项C正确；D．声音的传播速度与音调（频率）无关，选项D错误。故选C。4．（23-24高二下·广东深圳·期中）如图甲所示为医护人员利用“彩超”测定血管中血液的流速，图乙为波源S连续振动，形成的水波，靠近桥墩P时浮出水面的叶片A静止不动。下列说法不正确的是（

）A．图甲中，测定血管中血液的流速，利用了多普勒效应的原理B．若波源与仪器相互靠近，仪器接收到超声波的频率变大C．乙图中，为使水波能带动叶片振动，可降低波源振动的频率D．乙图中，为使水波能带动叶片振动，可减小波源距桥墩的距离【答案】D【详解】AB．“彩超”利用的是多普勒效应原理，“彩超”工作时，向人体内发射频率已知的超声波，若波源与仪器相互靠近，仪器接收到超声波的频率变大，故AB正确；CD．降低波源振动的频率，根据波速不变，频率减小，波长增大，衍射现象明显，水波能带动叶片振动，减小波源距桥墩的距离并不能使水波能带动叶片振动，故C正确，D错误；本题选择错误选项，故选D。5．（23-24高二下·河北邢台·阶段练习）春节假期，小明坐在沙发上用电视机观看某科幻电影，情节紧张刺激、扣人心弦，与此同时，来访的亲友快步向客厅走来，小明家长快步前去迎接，对于电视机发出的声音，小明听到的声音频率为，来访的亲友听到的声音频率为，小明家长听到的声音频率为，则下列说法正确的是（）A． B． C． D．【答案】C【详解】设电视剧发出声音的频率为，由题意可知小明相对于电视剧静止不动，则有来访的亲友相对在靠近电视机，根据多普勒效应可知小明家长相对在远离电视机，根据多普勒效应可知则有故选C。6．（23-24高二下·全国·课前预习）美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。（1）波源的频率由谁决定？（2）观察者接收到的频率与哪些因素有关？

【答案】（1）由波源决定；（2）观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关【详解】（1）波源的频率由波源决定。（2）由多普勒效应可知，观察者接收到的频率不仅与波源的频率有关，还与波源与观察者的相对运动有关。7．（21-22高二·全国·课后作业）站在站台上，如何根据汽笛音调的变化，判断火车是驶向站台还是驶离站台？【答案】若听到的汽笛音调变高，则火车正在驶向站台，若听到的汽笛音调变低，则火车正在驶离站台。【详解】因为当声源朝着我们运动时，我们听到的声音的音调会变高，当声源远离我们运动时，我们听到的声音的音调会变低。若听到的汽笛音调变高，则火车正在驶向站台，若听到的汽笛音调变低，则火车正在驶离站台。【素养提升】8．（23-24高二下·安徽合肥·期中）分析下列物理现象：①水塘中的水波绕过障碍物继续传播；②雷声在云层里轰鸣不绝；③彩超测出反射波频率的变化，从而知道血液流速；④具有主动降噪功能的耳机，根据收集到的噪声信息发出特定声波可以抵消噪声。这些物理现象分别属于波的（）A．多普勒效应、干涉现象、衍射现象、反射现象B．衍射现象、反射现象、多普勒效应、干涉现象C．多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象D．衍射现象、干涉现象、多普勒效应、反射现象【答案】B【详解】①水塘中的水波绕过障碍物继续传播属于衍射现象；②雷声在云层里轰鸣不绝属于反射现象；③彩超测出反射波频率的变化，从而知道血液流速属于多普勒效应；④具有主动降噪功能的耳机，根据收集到的噪声信息发出特定声波可以抵消噪声属于干涉现象。故选B。9．（23-24高一下·湖北武汉·期末）下列对机械波及其特性的说法，正确的是（）A．不同频率的声波在同一介质中的速率不同B．“余音绕梁，三日不绝”属于声波的反射现象C．图中波源沿方向运动，且处的观察者接收到的频率低于波源频率D．平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成复杂而美丽的图案，属于水波的衍射现象【答案】B【详解】A．不同频率的声波在同一介质中的速率相同，故A错误；B．“余音绕梁，三日不绝”属于声波的反射现象，故B正确；C．图中表示多普勒效应，波源沿AB方向运动，且A处的观察者接收到的频率低于波源频率，故C错误；D．平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成复杂而美丽的图案，属于水波的干涉现象，故D错误。故选B。10．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）若该路段限速为100km/h，则轿车是否超速？（2）若轿车以20m/s的速度行进，反射回的波的频率应怎样变化？【答案】（1）超速；（2）比发出时高【详解】（1）巡警车接收到的频率低，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，以100km/h的速度在轿车后面行驶，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该车超速。（2）若该轿车以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电磁波的频率应比发出时高。【能力培优】11．（23-24高三下·江苏南京·开学考试）机场附近每天都能听到飞机发动机的轰鸣声，一位父亲带着孩子散步的过程中，有一架飞机从上空匀速驶过，如图所示，问飞机从图中A位置到B位置过程中，他们所听到的轰鸣声的频率如何变化（）A．一直增大B．一直减小C．先增大，后减小D．先减小，后增大【答案】B【详解】设飞机速度为，飞机与观察者连线与飞机运动方向的夹角（锐角）为，则飞机指向（或背向）观察者的速度大小为在飞机从远处到观察者正上方过程，即飞机靠近观察者过程，逐渐增大到，根据多普勒效应可知，观察者听到的轰鸣声的频率大于飞机发生的轰鸣声的频率，但由于飞机指向观察者的速度大小逐渐减小，所以观察者听到的轰鸣声的频率逐渐减小，当飞机处于观察者正上方时，观察者听到的轰鸣声的频率刚好等于飞机发生的轰鸣声的频率；飞机从观察者正上方飞过到远处过程，即飞机远离观察者过程，从逐渐减小，根据多普勒效应可知，观察者听到的轰鸣声的频率小于飞机发生的轰鸣声的频率，且飞机背向观察者的速度大小逐渐增大，则观察者听到的轰鸣声的频率逐渐减小。综上分析可知，他们所听到的轰鸣声的频率一直减小。故选B。12．（23-24高二下·湖北·期中）小明为多普勒效应的理解问题而请教他的物理老师，老师就给他出了一道匀速直线运动的题目让他思考，他轻松做完了这道题目，从此不再困惑。请你也尝试做一做这道题目：如图（b）所示，声源S在x轴上运动，S相继向右侧观察者A发出两个脉冲信号（如图（a）所示），两脉冲信号间的时间间隔为T。已知空气中声音传播的速度大小为v，不考虑空气的流动，试计算如下两种情况中A接收到的两个脉冲信号间的时间间隔T'，并比较与的大小关系。（设T远大于单个脉冲的持续时间，且远小于信号在空间传播的时间）（1）声源S静止，观察者A以大小为的速度沿x正方向轴运动（）；（2）声源S、观察者A分别以大小为、的速度沿x轴正方向运动。（）。【答案】（1），；（2），见解析【详解】（1）设两个脉冲信号从波源S发出后分别经时间到达观察者A，则有且联立解得频率为故解法二：两脉冲信号都发出后的间距为选观察者A为参考系，两信号脉冲的相对速度为则两信号脉冲到达观察者A的时间间隔满足即有解得（2）两个脉冲信号从波源S发出后分别经时间到达观察者A，则有且联立解得，则当时，；当时，；当时，。解法二：波源S、观察者A均沿x轴正方向运动时，两脉冲信号都发出后的间距