3.4 多普勒效应（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第四节　多普勒效应 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道多普勒效应，认识波源与观察者靠近或远离时波的频率的变化． 2．理解多普勒效应产生的原因． 3．知道多普勒效应在科学技术上的应用. 1.物理观念：多普勒效应． 2．科学思维：通过模拟实验弄清多普勒效应的原理． 3．科学探究：通过演示实验认识多普勒效应． 4．科学态度与责任：多普勒效应在“测速仪”、“彩超”、“宇宙学”方面的应用. 一、认识多普勒效应 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，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观察到的频率等于波源振动的频率． (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)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小． [判断] (1)多普勒效应是波源与观察者相对运动形成的．(√) (2)当观察者远离波源运动时会观察到波的频率变大．(×) (3)星球远离地球时，在地球上测得的光波频率变小．(√) 二、多普勒效应的应用 1．测速仪：交通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．彩超：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． 3．跟踪人造地球卫星和测星球速度：卫星经过跟踪站上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小．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，可得星球的速度． [思考] 如图，飞机由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变化？为什么？ 提示　波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，频率的变化会引起音调的变化，由于飞机离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低． 探究点一　多普勒效应的理解 由于波源匀速运动，产生的波的多普勒效应图样如图所示．则观察者在A处接收到的波的频率等于波源振动的频率吗？ 提示　大于波源的频率． 1．波源频率：波源完成一次全振动，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． 2．接收频率：(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． (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，即接收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． 3．音调：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低．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． (多选)如图，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(　　) 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 AC　[振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其前进方向的反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于声源远离在A处的观察者，观察者接收到的水波波长变长，频率变小，故A、C正确，B、D错误．] [训练1]　(多选)当人听到声音的频率越来越低时，可能的原因是(　　) A．声源和人都是静止的，声源振动的频率越来越低 B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，声源振动的频率不变 C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，声源振动的频率不变 D．人静止，声源远离人做匀减速直线运动，声源振动的频率不变 AC　[人听到的声音的频率越来越低，声源远离观察者，且远离的速度越来越大，也就是加速远离．所以A、C正确．] 探究点二　多普勒效应的应用 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？ 提示　(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． 相对运动对接收频率的影响 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止 f波源＝f观察者，音调不变 波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B，则f波源<f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源>f观察者，音调变低 观察者A不动，波源S运动，由S→S2 f波源<f观察者，音调变高 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超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出时低． (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100 km/h，则该轿车是否超速？ (3)若该轿车以20 m/s的速度行进，反射回的频率应是怎样的？ [思路点拨]　解答本题需掌握以下两点： (1)若观察者与波源相互远离，则接收到的频率低于波源的频率； (2)若观察者与波源相互靠近，则接收到的频率高于波源的频率． 解析　(1)巡警车接收到的超声波频率比发出时低，此现象为多普勒效应，选项C正确．(2)因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，而巡警车车速恒定且在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该轿车超速．(3)若该轿车以20 m/s的速度行进时，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的波的频率应偏高． 答案　(1)C　(2)超速　(3)偏高 [训练2]　新型列车动车组速度可达300 km/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单调怎样？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？ 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． 答案　(1)偏高　偏低　(2)偏高　不变　(3)不变 1.(多普勒效应的理解)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 B　[由于声波的速度只由介质决定，故声波的速度v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器的速度变大时，接收器接收到的频率变高，f增大，故B正确．] 2．(多普勒效应的判断)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像，正确的是(　　) D　[汽车正在匀速远离，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的．由于是远离，汽车反射波的频率应该小于发出波的频率，所以D正确．] 3．(多普勒效应的实例)(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐．当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调．以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来低的是(　　) A．观察者静止，火车向他驶来 B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 C．观察者静止，火车离他远去 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 CD　[根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小时，观察者接收到的波的频率一定比波源频率高；当波源和观察者间距离变大时，观察者接收到的波的频率一定比波源频率低．观察者听到这个音乐的音调比原来低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大，所以A、B错误，C、D正确．] 4．(综合)分析下列物理现象： (1)夏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)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 A　[(1)夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，是由于声音在云层间来回传播，这是声波的反射现象；(2)“闻其声而不见其人”，听到声音，却看不见人，这是声音的衍射现象；(3)围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，音叉发出两个频率相同的声波相互叠加，从而出现振动加强区与减弱区，这是声波的干涉现象；(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，音调变高就是频率变高，因此这是多普勒效应现象．A正确．] 学科网（北京）股份有限公司 $$