3.5 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（人教版2019）

第5节　多普勒效应 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 通过实验了解多普勒效应。 能解释多普勒效应产生的原因。 能用多普勒效应解释有关问题。 培养学生善于发现生活中物理规律的习惯，养成严谨的科学态度。 [对应学生用书P91] 一、多普勒效应 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，观测到的频率增加；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率变小。 二、多普勒效应的应用 1．利用多普勒测速仪测速 交通警察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．利用超声波测血流速度 医生向人体内发射频率已知的超声波，测出被血管中的血流反射后的波的频率变化，就可以知道血流的速度。 3．利用光波的频率变化，可以计算出星球靠近或远离我们的速度。 (物理与生活)仔细听救护车的鸣笛声，你会发现一个现象：当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会发生变化。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。(　　√　　) (2)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。(　　√　　) (3)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。(　　×　　) (4)多普勒效应是由波的干涉引起的。(　　×　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P92] 探究点一___对多普勒效应的理解 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 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或由A→C 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′ f观察者>f波源，音调变高 2.成因归纳 (1)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1】 (多选)(2023·广西南宁高二期中)下列说法正确的是(　　) A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．多普勒效应是在波源与观测者之间有相对运动时产生的 C．发生多普勒效应时，观测者接收到的频率发生了变化 D.静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者 BC　解析：发生多普勒效应时，观察者接收到的频率会发生变化，但波源的频率不变，A错误，C正确；多普勒效应是由于观察者和波源间的相对位置变化而产生的，即有相对运动的发生，B正确；当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率增大，反之，当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率减小，D错误。 [练1] 下列关于多普勒效应的说法正确的是(　　) A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应 B．如果声源静止，就观察不到多普勒效应 C．当声源朝着观察者运动时，声源的频率变高 D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的频率可能变高，也可能变低 D　解析：波源运动时，波源与观察者的距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，A错误；声源静止时，若观察者相对声源运动，可能发生多普勒效应，B错误；声源朝着观察者运动时，声源频率不变，观察者接收到的频率变高，C错误；声源相对观察者运动时，二者距离可能增大，也可能减小，故观察者接收到的频率可能变低，也可能变高，D正确。 探究点二___多普勒效应的应用 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。根据反射波频率变化的多少就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，医生可以据此诊断疾病。 3．可以根据火车汽笛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．测星球的速度：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．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度 D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度 BCD　解析：科学家用激光测量月球与地球间的距离利用的是光的反射原理，A错误；医生利用超声波探测病人血管中血液的流速利用的是超声波的多普勒效应，B正确；交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度利用的是超声波的多普勒效应，C正确；科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度，利用的是光的多普勒效应，D正确。 [练2] 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、前车加速时自动跟上去。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，再通过因发射和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，表明前车与无人车速度相同 B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态 C．当f′>f时，表明前车在加速行驶 D．当f′<f时，表明前车在减速行驶 A　解析：当波源和观察者之间的距离没有变化时，观察者接收到的频率和波源的频率相等，故当f＝f′时，说明两者之间的距离不变，表明前车与无人车的速度相同，但不一定静止，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，表明前车在减速行驶，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，表明前车在加速行驶，D错误。 探究点三___解决实际问题 [练3] (生活情境)目前，多普勒效应已在科学研究、工程技术和医疗诊断等各方面有着十分广泛的应用。关于多普勒效应，下列说法正确的是(　　) A．有经验的战士根据炮弹飞行的声音就能判断飞行的炮弹是接近还是远去 B．医院检查身体的B超仪运用了多普勒效应原理 C．发生雷电时，人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离，这是利用了多普勒效应原理 D．高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的 ABD　解析：炮弹飞行时与空气摩擦产生声波，人耳接收到的声波的频率与炮弹的相对运动方向有关，A正确；医院检查身体的B超仪是通过测量反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应原理，B正确；发生雷电时，人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离是通过光速远大于声速，用这个时间间隔乘以声速来估算的，故不属于多普勒效应原理的应用，C错误；测速仪对运动中的汽车发射一个已知频率的电磁波，电磁波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波频率就可以知道汽车的速度，以便进行交通管理，运用了多普勒效应原理，D正确。 [练4] (生活情境)(多选)如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，据图乙，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．女同学在点C向右运动时，她感觉哨声音调不变 D．女同学在点C向左运动时，她感觉哨声音调变低 AD　解析：女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都在靠近声源，根据多普勒效应，她都会感到哨声音调变高；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。 [对应学生用书P93] 1．(多选)关于多普勒效应，以下说法正确的是(　　) A．只有机械波才能产生多普勒效应 B．机械波和电磁波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到的频率发生了变化 BD　解析：无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，A错误，B正确；产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，D正确，C错误。 2.(2024·江苏盐城高二统考期中)固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波，当振动片在水面上移动时拍得一幅如图所示的照片，显示出此时波的图样。设单位时间内水波槽左边接受完全波数为n1，右边接受的完全波数为n2。由照片可知(　　) A．振动片向左移动，n1>n2 B．振动片向右移动， n1<n2 C．振动片向左移动，n1<n2 D．振动片向右移动，n1>n2 B　解析：根据水波的波纹可知，右边的波纹比较密，左边的波纹稀疏，所以振动片向右侧移动，单位时间内水波槽左边接受完全波数小于右边接受的完全波数，A、C、D错误，B正确。 3．下列关于多普勒效应的说法正确的是(　　) A．医院检查身体的彩超仪运用了多普勒效应 B．大风中，远处人的说话声时强时弱 C．由地球上接收到的遥远天体发出的光波发生红移现象(各条谱线的波长均变长)，可以判断遥远天体正靠近地球 D．静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者 A　解析：医院检查身体的彩超仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应，A正确；B项中说的现象是能量传递的问题，B错误；红移现象中光波频率变小，因此遥远天体正在远离地球，C错误；当波源与观察者相互靠近时，接收到的频率增大，反之，当波源与观察者相互远离时，接收到的频率减小，D错误。 4．(2024·江苏盐城高二校联考期中)下列关于机械振动和机械波的说法正确的是(　　) A．有机械振动就一定有机械波 B．机械波在传播过程中，介质中的质点随波迁移 C.机械波传播的是“机械振动”这种振动形式，同时也将波源的能量传递出去 D．机械振动的物体在振动过程经过平衡位置时合力为零 C　解析：有机械振动还需要介质才能形成机械波，A错误；介质中的质点在平衡位置附近振动，不会随波迁移，B错误；机械能传播的是振动形式、能量和信号，C正确；在平衡位置回复力为零，合力不一定为零，例如单摆，D错误。 5．(2024·北京顺义阶段练习)“蜻蜓点水”是常见的自然现象，某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得了一张蜻蜓点水的俯视照片，照片反映了蜻蜓连续三次点水后某瞬间的水面波纹。如果蜻蜓飞行的速度恰好与水波的传播速度相等，不考虑蜻蜓每次点水所用的时间，在下列四幅图与照片相吻合的是(　　) A　解析：相邻两圆的圆心距是蜻蜓点水后到下一次点水运动的距离，与此同时，波传播的距离为相邻两圆的半径之差，由A图可知相邻两圆的圆心距等于相邻两圆的半径之差，可得蜻蜓飞行的速度恰好与水波的传播速度相等，A正确；由B图可知相邻两圆的圆心距大于相邻两圆的半径之差，可得蜻蜓飞行的速度大于水波的传播速度，B错误；由C图可知相邻两圆的圆心距为零，可得蜻蜓飞行的速度为零，C错误；由D图可知相邻两圆的圆心距大于相邻两圆的半径之差，可得蜻蜓飞行的速度大于水波的传播速度，D错误。 6．(多选)(2024·河北唐山高二校联考期中)下列说法正确的是(　　) A．同一波源在同一介质中形成的机械波中可同时具有横波和纵波 B．虽然横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同，但横波、纵波可能沿同一方向传播 C.波源的频率越大，它产生的机械波传播得越快 D．只要发生机械振动就能形成机械波 AB　解析：同一波源在同一介质中形成的机械波中可同时具有横波和纵波，如地震波，A正确；虽然横波、纵波的振动方向与波的传播方向的关系不同，但横波、纵波可能沿同一方向传播，如地震波，B正确；机械波传播速度由介质决定，与波源的频率无关，C错误；要形成机械波除了有机械振动外、还需要传播介质，D错误。 7.如图所示的是产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。下列说法错误的是(　　) A．该图表示的是多普勒效应 B．此时波源正在向A观测者靠近 C．C、D两位观测者此时接收到的频率和波源发出的频率相等 D．B观测者此时接收到的频率小于波源发出的频率 C　解析：题图表示由波源移动而引起的多普勒效应，A正确；由题图可知，观测者A在单位时间内接收到的完全波的个数最多，说明波源向A观测者靠近，B正确；波源与C、D两位观测者间的距离不断增大，故C、D两位观测者接收到的频率小于波源发出的频率，C错误；波源与观测者B的距离不断增大，故B观测者接收到的频率小于波源发出的频率，D正确。 8．平直公路上，汽车正在匀速远离多普勒测速仪，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，下列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　解析：汽车正在匀速运动，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的，由于是远离测速仪，汽车反射波的频率应该小于测速仪发出波的频率，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$