高中物理 12.5 多普勒效应课件 新人教选修34 49页

\n\n\n\n\n\n\n\n\n一、理解多普勒效应\n1.多普勒效应的产生声源完成一次全振动，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.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.(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.\n(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.\n2.多普勒效应是波的特性，不只是机械波会产生多普勒效应，后面所学的光波、电磁波也会产生这一现象.\n发生多普勒效应是由于波源与观察者发生了相对运动，而不是波源的运动或观察者运动.\n【典例1】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\n【解题指导】解答本题应把握以下两点：\n【标准解答】选A、D.当汽车向你驶来时，两者距离减小，你接收的声波个数增多，频率升高，将大于300Hz，故A选项正确；当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，你接收的声波个数减少，频率降低，将小于300Hz，故D选项正确.\n【规律方法】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，观察者接收的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收的频率小于波源频率，音调变低.\n【变式训练】关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A.当波源与观察者有相对运动时，才会发生多普勒效应B.当波源与观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，就一定会发生多普勒效应\n【解析】选A、B.当波源与观察者有相对运动时，二者之间的距离必然发生变化，其距离增大或减小，则观察者接收到的频率减小或增大，可知必发生多普勒效应，即A选项正确；当波源与观察者运动的速度完全相同时，无相对运动，相当于二者都静止的情况，不会发生多普勒效应，故B选项正确，D选项不正确；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，故C选项不正确.\n二、发生多普勒效应的几种情况\n\n(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.\n【典例2】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？\n【解题指导】解答本题可按以下思路进行分析：\n【标准解答】(1)选C.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，可判断轿车车速比警车车速大，故该车超速.(3)若该车以20m/s的速度行进时，此时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.\n【互动探究】若警车接收到的电磁波频率与原发出的电磁波频率相同，则轿车的车速为多少？【解析】由于接收到的波的频率与原发出的相同，没有发生多普勒效应，故两车相对静止，轿车速度为100km/h.答案：100km/h\n【变式备选】新型列车动车组速度可达300km/h，与该车汽笛声的音调相比，(1)站在车前方路旁的人听起来音调_____(选填“偏高”或“偏低”),站在车后方路旁的人听起来音调_____(选填“偏高”或“偏低”).(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样？此时列车汽笛发出的声波频率变化了吗？(3)坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样？\n【解析】(1)站在列车前方的人与列车的距离在靠近，因此听起来音调偏高，站在列车后方的人与列车的距离在远离，因此音调偏低.(2)迎面来的列车上的乘客听起来音调偏高，此时列车汽笛发出的声波频率不变.(3)坐在该列车上的乘客与列车的相对位置不变，故听起来音调不变.\n【典例】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\n【解题指导】利用多普勒效应产生的原因进行判断.【标准解答】选A、B、D.凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对地球的运动速度，故A选项利用了多普勒效应.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，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项利用了多普勒效应.对于C选项，铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动做出判断的，故C没有利用多普勒效应.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，故D选项利用了多普勒效应.\n一、选择题1.有经验的铁路养护人员可以根据火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向.他所利用的应是()A.声波的干涉现象B.声波的衍射现象C.声波的多普勒效应D.声波的反射现象【解析】选C.据多普勒效应现象,当火车靠近养护人员时,他听到的声音音调较高,火车远离养护人员时,他听到的声音音调较低.\n2.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.机械波、电磁波、光波等均能产生多普勒效应C.产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化D.产生多普勒效应的原因是观察者接收的频率发生了变化【解析】选B、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.产生多普勒效应的原因是观察者接收的频率发生了变化，而波源的频率不变，故B、D正确，A、C错误.\n3.超声波由于具有不同于可闻声波的特性，在现代生产技术和科学研究中有许多重要应用.下列选项中，属于超声波的应用的是()A.探查几米厚的金属内部的缺陷B.把普通水变成雾气喷到房间的空气中C.探查人体内部的各种器官、组织等有无异常D.进行人体按摩，治疗神经痛等疾患【解析】选A、B、C、D.A、C是利用超声波的穿透本领和反射特性，B、D是利用超声波在液体中传播时液压冲击的特性.\n4.(2020·长沙高二检测)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\n【解析】选A、D.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，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.\n5.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B、C.声波音调的高低由其频率决定，根据多普勒效应，当声源与观察者发生相对运动时，观察者听到的声音会变化，B、C正确.声音的强弱由声波的能量决定，声源越近，声波能量越大，听起来越响亮，但音调不一定变化，A、D项不是由多普勒效应造成的，故选择B、C.\n6.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效.这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射几次.假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，下列判断正确的是()A.墙壁接收到的超声脉冲频率等于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\n【解析】选C.由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39000Hz，蝙蝠接收到墙反射的频率也大于墙接收的频率.所以C正确.\n7.如图所示，为一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况，则()A.该波源正在移向a点B.该波源正在移向b点C.在a处观察,波的频率变低D.在b处观察,波的频率变低\n【解析】选A、D.此题考查的是多普勒效应的模型及原理.波源在某一位置产生一列波面后，该波面以该位置为球心，以波速作为传播速度向外传播，反之，由波面可确定出该波面的产生位置，即波源.波面半径大，表示产生时间早，传播时间长.对照图示，可确定出波源由右向左运动，故A项正确，B错误.由于观察者不动，故波面经过观察者的速度等于波速，而在a处观察时，相邻波面间距比波源不动时的间距小，因而经过观察者时间的间隔短，频率大，同理在b处时间间隔长，频率小，故选项C错误，D正确.\n8.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