3.5 多普勒效应(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第5节　多普勒效应 （见学生用书P75） 　　[学习目标]1.知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象（物理观念）.2.了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用（科学思维）. 知识点 1　多普勒效应 1.定义 　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.产生原因 波源与观察者之间的相互　靠近　或者相互远离. 3.定性结论 （1）当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　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，1 s内通过观察者的波峰（或密部）的数目　增加　（选填“增加”或“变小”），观测到的频率　增加　（选填“增加”或“变小”）；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率　变小　（选填“增加”或“变小”）. 注意：多普勒效应的产生不是取决于波源与观察者之间的距离大小，而是取决于二者间距离是否变化. 知识点 2　多普勒效应的应用 1.测车辆速度：交警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.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，可得星球靠近或远离我们的速度. 3.测血流速度：向人体内发射　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　变化，就可得血流速度. 注意：发生多普勒效应时，波源的频率并没有变化，是接收者接收到的频率（单位时间内接收到的完整波的个数）发生变化（大于或小于波源频率）. 1.判断下列说法的正误. （1）我们在剧场听演唱会时，听到的声音频率与声源的频率是不一致的.（　×　） （2）产生多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化.（　√　） （3）只要观察者在运动，就一定能观察到多普勒效应.（　×　） （4）当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小.（　√　） 2.如图表示产生机械波的波源S做匀速运动的情况，图中的实线表示波峰.该图表示多普勒效应现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是　A　、　B　. 考点 1　多普勒效应 【情境导学】警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题： （1）你听到警笛的音调有何不同？ （2）实际上警笛发出的音调会变化吗？ 答案：（1）警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低. （2）实际上警笛发出的音调不会变化. 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. 【例题1】新型列车动车组速度可达487.3 km/h，与该车汽笛声的音调相比. （1）站在车运动前方路旁的观察者听起来音调　　　　（选填“偏高”或“偏低”）. 站在车运动后方路旁的观察者听起来音调　　　　（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？此时列车汽笛声的音调变化了吗？ （3）坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样？ 思维导引：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低. 解析：（1）站在车运动前方的观察者与列车在靠近，因此听起来音调偏高；站在车运动后方的观察者与列车在远离，因此听起来音调偏低. （2）迎面来的另一列车上的乘客听起来音调偏高；此时列车汽笛声的音调不变. （3）坐在新型列车动车组上的乘客与该列车的相对位置不变，故听起来音调不变. 答案：（1）偏高　偏低　（2）偏高　不变 （3）不变 【变式1】如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰. （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　　　　（选填“A”“B”“C”或“D”）点. （3）观察到波的频率最低的点是　　　　（选填“A”“B”“C”或“D”）点. 解析：（1）该图表示的是多普勒效应，选项D正确. （2）从波长变化情况来看，波源正在移向A点. （3）由于波源远离B点，所以观察到波的频率最低的点是B点. 答案：（1）D　（2）A　（3）B 考点 2　多普勒效应的应用 【情境导学】在体检时，B超能够在切面上显示黑白色的组织器官的结构和功能，能实时动态地进行检查.而体检时还有一项为多普勒彩超检查，你知道这种检测方式相比B超有哪些优势吗？ 答案：彩超利用了超声多普勒效应，在B超基础上增加了血流情况，可以清晰的观察到脏器内部或是病变部位的血流速度、血管分布等，对疾病的诊断更加准确. 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. 【例题2】B超是一种超声技术，探头发射超声波扫描人体，通过接收和处理载有人体组织或结构性质特征信息的回波形成图像。某血管探头沿x轴正方向发射简谐超声波，如图所示，t＝0时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为1.0×107 Hz，下列说法正确的是（　　） A.超声波在血管中的传播速度为1 400 m/s B. t＝4.0×10－7 s时，质点N恰好第二次处于波峰 C.超声波属于电磁波，能发生干涉、衍射等现象 D.迎着血流方向发射超声波，血液流速越快，探头接收到的反射波频率越高 思维导引：由于波源的移动，观察者在某点处接收到的频率变化，本质上是由波长的变化引起的. 答案：AD　 解析：由图可知，超声波的波长为λ＝14×10－5 m＝1.4×10－4 m，依题意，有v＝λf＝1 400 m/s，选项A正确；质点N离最近的波峰距离为x＝35×10－5 m－7×10－5 m＝2.8×10－4 m，可知波峰第一次传播到质点N所需时间为t＝＝2.0×10－7 s，依题意，超声波的周期为T＝＝1.0×10－7 s，易知质点N恰好第二次处于波峰的时刻为t'＝t＋T＝3.0×10－7 s，选项B错误；超声波属于机械波，能发生干涉、衍射等现象.选项C错误；由多普勒效应可知，迎着血流方向发射超声波，血液流速越快，探头接收到的反射波频率越高.选项D正确. 【变式2】（多选）关于多普勒效应的应用，下列说法正确的是（　　） 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，选项D错误. 1.（多普勒效应）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，选项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，选项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，选项C错误. 2.（多普勒效应的应用）汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动加速.其使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因发射与接收波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度.若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f'，则（　　） A.当f＝f'时，表明前车与无人车相对静止 B.当f＝f'时，表明前车一定处于静止状态 C.当f'＞f时，表明前车相对无人车加速行驶 D.当f'＜f时，表明前车相对无人车减速行驶 答案：A　 解析：当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和波源发出的频率相等，故当f＝f'时，说明两者之间的距离不变，表明前车与无人车保持相对静止，但不一定是静止状态，选项A正确，B错误；当f'＞f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车相对无人车减速行驶，选项C错误；当f'＜f时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车相对无人车加速行驶，选项D错误. 3.（多普勒效应）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增加，f增大，选项B正确. 4.（多普勒效应的应用）某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m. （1）该波的频率为　　　　Hz，在海水中的波速为　　　　m/s. （2）若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水的深度为　　　　m. （3）若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则听到回声所需要的时间为　　　　s. 解析：（1）由公式v＝λf可得， 该波的频率为f＝＝ Hz＝340 Hz； 因波在传播过程中，频率不变， 故该波在海水中的速度为 v＝λ海f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s. （2）若在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则声音在这段时间走的路程是海水深度的两倍， 故海水的深度为 h＝＝ m＝382.5 m. （3）若物体以5 m/s的速度向海底运动，则由多普勒效应可知， 听到回声的时间为t＝≈0.498 s. 答案：（1）340　1 530　（2）382.5　（3）0.498 学科网（北京）股份有限公司 $$