河北省邢台市高中物理第十二章机械波 8页

‎12.5 多普勒效应 12.6 惠更斯原理 ‎ ‎[目标定位] 1.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象.2.知道什么是波面和波线.3.了解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象．‎ 一、多普勒效应 ‎1．定义：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫做多普勒效应．‎ ‎2．成因 ‎(1)波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是 的，观察到的频率 波源振动的频率．‎ ‎(2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目 ，观察到的频率 ；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率 ．‎ ‎3．应用 ‎(1)测车辆速度；(2)测星球速度；(3)测血流速度．‎ 想一想 当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来越小，这种现象就是多普勒效应吗？‎ 二、惠更斯原理 ‎1．波面和波线 ‎(1)波面：在波的传播过程中，任一时刻振动状态都相同的介质质点所组成的面．‎ 波面为球面的波叫球面波，波面是平面的波叫平面波．如图12－5－1所示．‎ 图12－5－1‎ ‎(2)波线：与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线．‎ ‎2．惠更斯原理 ‎(1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的 ，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的 就是新的波面．‎ ‎(2)应用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向．‎ 一、对多普勒效应的理解 ‎1．多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应．‎ ‎2．发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率．‎ ‎3．当波源与观察者相互接近时，f观察者变大，音调变高．如图12－5－2甲中波源S不动，观察者A向B运动和图乙中观察者A不动，波源由S1向S2运动；‎ 当波源与观察者相互远离时，f观察者变小，音调变低，如图甲中波源S不动，观察者A向C运动．‎ 图12－5－2‎ ‎【例1】 下面说法中正确的是( )‎ A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化 C．多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的 D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 借题发挥 判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看波源与观察者间的相对运动情况．‎ ‎【例2】 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，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 二、对惠更斯原理的理解 ‎1．惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源．波源的频率与子波波源的频率相等．‎ ‎2．波线的指向表示波的传播方向．‎ ‎3．在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直．‎ ‎4．球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线．‎ ‎5．利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系．‎ ‎【例3】 关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( )‎ A．同一波面上的各质点振动情况完全相同 B．同一波面上的各质点振动情况可能不相同 C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直 三、对波的反射与折射的理解 ‎1．波的反射：反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同．‎ ‎2．波的折射：在波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变．‎ ‎3．波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同的介质中的传播速度不同．‎ ‎【例4】 下列说法正确的是( )‎ A．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短 B．波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变 C．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化 D．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 对多普勒效应的理解及应用 ‎1．根据多普勒效应，下列说法正确的是( )‎ A．当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定发生变化 B．当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低 C．当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高 D．当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低 ‎2．公路巡警开车在高速公路上以‎100 km/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，说明那辆轿车的车速( )‎ A．高于‎100 km/h B．低于‎100 km/h C．等于‎100 km/h D．无法确定 对惠更斯原理的理解 ‎3．下列关于惠更斯原理的说法正确的是( )‎ A．惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象 B．惠更斯原理能够解释波的衍射现象 C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源 D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小的关系 波的反射与折射 ‎4.‎ 图12－5－3‎ 如图12－5－3所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )‎ A．2与1的波长、频率相等，波速不等 B．2与1的波速、频率相等，波长不等 C．3与1的波速、频率、波长相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 题组一 多普勒效应 ‎1．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；驶离你而去时，音调变低 D．大风中，远处人的说话声时强时弱 ‎2．关于多普勒效应，下列说法中不正确的是( )‎ A．发生多普勒效应时波源的频率保持不变 B．要发生多普勒效应，波源和观察者间必须有相对运动 C．只有声波会发生多普勒效应 D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应 ‎3．如图12－5－4，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是( )‎ 图12－5－4‎ A．振针向右移动 B．振针向左移动 C．在A处的观察者，接收到的水波频率变小 D．在A处的观察者，接收到的水波频率变大 ‎4．医院通过彩超对人体进行体检时，彩超机向人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速．这一技术主要体现了哪一种物理现象( )‎ A．多普勒效应 B．波的衍射 C．波的干涉 D．共振 ‎5．平直公路上，汽车正在匀速远离，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图象，正确的是( )‎ ‎6．如图12－5－5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( )‎ 图12－5－5‎ 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 ‎7．公路巡警开车在高速公路上以‎100 km/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，警车接收到的电磁波的频率比发出时低．‎ ‎(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)若轿车以‎20 m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？‎ 题组二 惠更斯原理 ‎8．下列说法正确的是( )‎ A．波线表示波的传播方向 B．波面表示波的传播方向 C．只有横波才有波面 D．波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面 ‎9．下列说法中正确的是( )‎ A．根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源 B．惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播 C．若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理就可以确定波的传播方向 D．惠更斯原理不但可以解释波的直线传播，还可以解释波的反射与折射等相关现象 题组三 波的反射与折射 ‎10．声波从声源发出，在空中向外传播的过程中( )‎ A．波速在逐渐变小 B．频率在逐渐变小 C．振幅在逐渐变小 D．波长在逐渐变小 ‎11．一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则( )‎ A．声波频率不变，波长变小 B．声波频率不变，波长变大 C．声波频率变小，波长变大 D．声波频率变大，波长不变 题组四 综合应用 ‎12．下列物理现象中：‎ ‎(1)春天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；‎ ‎(2)“闻其声而不见其人”；‎ ‎(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；‎ ‎(4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高．‎ 这些物理现象分别属于波的( )‎ A．反射、衍射、干涉、多普勒效应 B．折射、衍射、多普勒效应、干涉 C．反射、折射、干涉、多普勒效应 D．衍射、折射、干涉、多普勒效应 ‎13．利用超声波可以探测鱼群的位置．在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，向选定的方向发射出频率f＝5.8×104 Hz的超声波后，经过时间t＝0.64 s接收到从鱼群反射回来的反射波．已知该超声波在水中的波长λ＝‎2.5 cm，求鱼群到渔船的距离是多少．(鱼群静止不动)‎ ‎14．一声波在空气中的波长为‎25 cm，速度为‎340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为‎80 cm，求：‎ ‎(1)声波在这种介质中的频率；‎ ‎(2)声波在这种介质中的传播速度．‎