2024高中物理第十二章第5节多普勒效应讲义含解析新人教版选修3-4

PAGEPAGE1多普勒效应一、多普勒效应及产生缘由┄┄┄┄┄┄┄┄①1．多普勒效应(1)音调：音调由频率确定，频率高则音调高，频率低则音调低。(2)多普勒效应：波源与视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更的现象。2．多普勒效应产生的缘由(1)波源与视察者相对静止时，1s内通过视察者的波峰(或密部)的数目是肯定的，视察到的频率等于波源振动的频率。(2)当波源与视察者相向运动时，1s内通过视察者的波峰(或密部)的数目增加，视察到的频率增加；反之，当波源与视察者相互远离时，视察到的频率变小。[留意]发生多普勒效应时，波源与视察者肯定有相对运动，而与波源到视察者的距离无关。①[判一判]1．发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变更(√)2．当波源和视察者向同一个方向运动时，肯定发生多普勒效应(×)3．只有横波才能发生多普勒效应(×)4．只有声波才能发生多普勒效应(×)二、多普勒效应的应用┄┄┄┄┄┄┄┄②1．测车辆速度：交警向行进中的车辆放射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，依据反射波频率变更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比照，可得星球的速度。3．测血流速度：向人体内放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更，就可得血流速度。[说明]多普勒效应与“红移”光波与声波的不同之处在于，光波频率的变更使人感觉到的是颜色的变更。假如恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为“红移”。“红移现象”是宇宙大爆炸理论的一个有力证据。②[选一选]有阅历的铁路养护人员可以依据火车鸣笛的声音推断火车的行驶方向。他所利用的应是()A．声波的反射现象B．声波的多普勒效应C．声波的干涉现象D．声波的衍射现象解析：选B依据火车笛声音调的变更，由多普勒效应即可推断火车行驶的方向，选项B正确。1.对波源频率和接收频率的理解2．对音调的理解音调由频率确定，频率高则音调高，频率低则音调低。视察者听到的声音的音调，是由视察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数确定的。[典型例题]例1.蝙蝠在洞窟中飞来飞去时，它利用的超声脉冲导航特别有效。这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促放射脉冲波，且每秒重复放射几次。假定蝙蝠的超声脉冲放射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑期间，下列推断正确的是()A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39000HzB．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[解析]蝙蝠在靠近墙壁运动，所以相当于波源在靠近接收器，故墙壁接收到的超声脉冲频率大于39000Hz，A错误；蝙蝠相对墙壁的运动与墙壁反射回来的超声波是相向运动的关系，所以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，B错误，C正确；蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于39000Hz，D错误。[答案]C[点评]由多普勒效应推断波源频率f源和视察者接收到的频率f观之间的大小关系时，只需比较波源或视察者的运动方向或距离变更。当两者间距离增大时，f源＞f观，当两者间距离减小时，f源<f观。[即时巩固]1．(2024·邢台高二检测)上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器快速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变更，下列推断正确的是()A．旋转时蜂鸣器发出的频率变更了B．由于旋转，变更了同学们听到的声音频率C．蜂鸣器音调变高时，肯定是向远离视察者的方向运动D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的解析：选B旋转过程中，声源(蜂鸣器)与视察者(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更了，A错误，B正确；当蜂鸣器远离视察者时，听到声音的频率变小即音调变低，C错误。1.相对位置变更与频率的关系相对位置图示结论波源S和视察者A相对介质不动f波源＝f视察者，音调不变波源S不动，视察者A运动，由A→B或A→C若靠近波源，由A→B，则f波源＜f视察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源＞f视察者，音调变低视察者A不动，波源S运动，由S→S2f波源＜f视察者，音调变高2.成因归纳依据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，肯定是由于波源与视察者之间发生了相对运动。[典型例题]例2.马路巡警开车在高速马路上以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，反射回的电磁波频率应怎样变更？[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)因警车接收到的频率变低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可推断轿车车速比警车车速大，大于100km/h，故该车超速。(3)若该车以20m/s的速度行进，此时警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的电磁波频率应变高。[答案](1)C(2)超速(3)变高[点评](1)多普勒效应是指所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到波的强度发生变更的现象，要正确区分频率和强度这两个物理量。(2)视察者垂直于波的传播方向移动时，不产生多普勒效应。(3)波的传播速度不因波源的移动而变更。[即时巩固]2．[多选]下列选项与多普勒效应有关的是()A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D．交通警察向车辆放射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度解析：选BD当视察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，A、C错误；当视察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应，依据接收频率的变更可以进行测速，B、D正确。1．[多选](2024·宁波高二检测)关于多普勒效应的叙述，下列说法中正确的是()A．多普勒效应说明波源的频率发生了变更B．多普勒效应是由于波的干涉引起的C．多普勒效应是波共有的特征D．科学家通过哈勃太空望远镜发觉来自遥远的星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，波长均变长，说明该星系正在远离地球而去解析：选CD产生多普勒效应的缘由是波源和视察者之间有相对运动，波源发出的波的个数与视察者接收到的波的个数不相同，波源本身的频率并没有变更，一切波都能产生多普勒效应，A、B错误，C正确；当某一个星系远离地球时，在地球上接收到的该星系发出的光波，会发生多普勒效应，接收到的频率变低，即波长变长，D正确。2．[多选]假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，下列说法正确的是()A．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300HzB．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300HzC．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300HzD．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300Hz解析：选AD当汽车向你驶来时，两者距离减小，你接收的声波个数增多，频率上升，将大于300Hz，A正确；当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，你接收的声波个数削减，频率降低，将小于300Hz，D正确。3．如图所示，产朝气械波的波源O做匀速运动，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)视察到波的频率最低的点是()A．A点B．B点C．C点D．D点解析：(1)该图表示的是多普勒效应，D正确。(2)从波长变更状况来看，波源正在移向A点。(3)由于波源远离B点，所以视察到波的频率最低的点是B点。答案：(1)D(2)A(3)B4．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处的人接收到的声波的频率为f1，车右侧B处的人接收到的声波的频率为f2，则f1、f2与f的关系为____________。解析：声源靠近A处的人，由多普勒效应知，他接收到的频率变大，即f1>f；声源远离B处的人，他接收到的频率变小，即f2<f。答案：f2<f<f1[基础练]一、选择题1．关于多普勒效应，以下说法正确的有()A．只有机械波才能发生多普勒效应B．当波源和视察者都运动时就发生多普勒效应C．发生多普勒效应的缘由是波源的频率发生了变更D．发生多普勒效应的结果是视察者接收到的频率发生了变更解析：选D多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应；发生多普勒效应的缘由是波源和视察者有相对运动，导致视察者接收到的波的频率发生了变更，而波源的频率不变。综上所述，D正确，A、B、C错误。2．医院通过彩超对人体进行体检时，彩超机向人体内放射频率已精确驾驭的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，然后通过反射波的频率变更就可知血液的流速。这一技术主要体现了哪一种物理现象()A．共振B．波的衍射C．多普勒效应D．波的干涉解析：选C依据多普勒效应原理可知彩超机工作时主要体现了多普勒效应，C正确。3．[多选]火车上有一个声源发出频率肯定的乐音。当火车静止视察者也静止时，视察者听到并记住了这个乐音的音调。以下状况中，视察者听到这个乐音的音调比原来降低的是()A．视察者静止，火车向他驶来B．视察者静止，火车离他驶去C．火车静止，视察者乘汽车向着火车运动D．火车静止，视察者乘汽车远离火车运动解析：选BD当视察者与声源相向运动时，视察者接收到的声波的频率上升，听到乐音的音调比原来要高；当视察者与声源背向运动时，视察者接收到的声波的频率降低，听到乐音的音调比原来降低了。综上所述，B、D正确。4．[多选]下列哪些现象是多普勒效应()A．远去的汽车声音越来越小B．炮弹迎面飞来，声音刺耳C．火车向你驶来时，音调变高，远离你而去时，音调变低D．大风中，远处人的说话声时强时弱解析：选BC声波音调的凹凸由其频率确定，依据多普勒效应，当声源与视察者发生相对运动时，视察者听到的声音会变更，B、C正确；声音的强弱由声波的能量确定，声源越近，声波能量越大，听起来越洪亮，但音调不肯定变更，A、D不是由多普勒效应造成的，A、D错误。5．[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摇摆，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解析：选AD女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就有靠近声源的趋势，依据多普勒效应，她都能感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低，A、D正确，B、C错误。二、非选择题6.如图所示，在马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，则此时三人听到笛声的频率由高至低依次为____________。解析：由于v2＞v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的笛声的频率变大，即f1＞f0。由于乙静止不动，汽车和乙的相对距离增大，乙听到的笛声的频率变小，即f2＜f0。由于司机和声源相对静止，所以司机听到的笛声的频率不变，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。答案：f1、f3、f2[提能练]一、选择题1．[多选]关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A．当波源与视察者有相对运动时，会发生多普勒效应B．当波源与视察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应C．只有机械波才能发生多普勒效应D．只要波源运动，就肯定会发生多普勒效应解析：选AB当波源与视察者有相对运动时，二者之间的距离必定发生变更，其距离增大或减小，则视察者接收到的频率减小或增大，可知必发生多普勒效应，A正确；当波源与视察者运动的速度相同时，无相对运动，相当于二者都静止的状况，不会发生多普勒效应，B正确，D错误；多普勒效应是波动过程共有的特征，这里的波动包括一切波的传播过程，C错误。2．波源和视察者相向运动，则视察者单位时间内感觉到的波的个数()A．增加B．削减C．不变D．不肯定解析：选A由多普勒效应知当视察者与波源间距离减小时，接收到波的频率增加，A正确。3．轮船在进港途中的x­t图象如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是选项图中的()解析：选A轮船匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变更，但速度大时频率大，由x­t图象可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度v1＞v3＞v2，可知f1＞f3＞f2，A正确。4．[多选](2024·衡水高二检测)关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A．若波源相对介质不动，视察者远离波源，则接收到的频率小于波源发出的频率B．只要视察者相对地面运动，就肯定可以发生多普勒效应C．若视察者相对介质不动，波源运动时，空间传播的波长发生变更D．若视察者相对介质不动，波源远离视察者时，视察者接收到的频率大于波源发出的频率解析：选AC发生多普勒效应的缘由是波源和视察者有相对运动，B错误；若波源相对介质不动，视察者远离波源或波源远离视察者时，视察者接收到波源的频率小于波源发出的频率，A正确，D错误