3.5 多普勒效应 讲义 -2024-2025学年高二上学期物理沪科版（2020）选择性必修第一册

市八中学2023学年选择性必修一学习手册 第三章 机械波 第五节 多普勒效应 课时聚焦 一、多普勒效应 当波源与观察者发生___________时，观察者接收到的波的频率高于或低于波源频率，这种现象称为多普勒效应。发生多普勒效应时，波源的频率_________（有/没有）变化，只是观察者接收到的波的频率__________（发生/不发生）变化。 · 波源与观察者相对静止时，观察者在单位时间内接收到的波峰数是________（固定/变化）的，即接收到的频率___________波源的频率。 · 波源向着观察者运动时，观察者在单位时间内接收到的波峰数_____，即接收到的频率___波源的频率； · 波源远离观察者运动时，观察者在单位时间内接收到的波峰数_____，即接收到的频率___波源的频率。 二、多普勒效应的应用 · 蝙蝠利用多普勒效应捕食：昆虫在蝙蝠前飞行时，若两者间的距离增大，从昆虫身上反射的超声波频率会变________；若蝙蝠逐渐接近昆虫，从昆虫身上反射的超声波频率会变________。 · 多普勒超声心动图学：进入人体的超声波被血细胞反射，由于血细胞的运动，反射波的频率__________，由此能得到血液流动快慢的信息。 · 公路上的测速仪：利用多普勒效应根据_________________的变化来检测汽车的车速。 · 天文学家根据星系运动引起的多普勒效应认识到宇宙一直在__________。 典例精析 【例 1】 （多选）关于多普勒效应，下列说法正确的是（ ） A．当波源与观察者有相对运动时，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 【例 2】 交警开车在高速公路上以 100 km/h 的恒定速度巡查，在同一车道上警车向前方同向行驶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，警车接收到的电磁波频率比发出时高。 （1）此现象属于（ ） A．波的衍射 B．波的干涉 C．波的反射 D．多普勒效应 （2）若该路段限速为 100 km/h，则轿车________（选填“已超速”或“未超速”）。 （3）若轿车以 30 m/s 的速度行进，反射回的频率将_________（选填“变高”“变低”或“不变”）。 【例 3】 假设频率一定的点波源随导弹以超音速做匀速直线运动，且以相等的时间间隔向各个方向同时发出声波，图中各圆形均表示点波源振动产生的波面。关于该过程，下列图中正确的是（ ） 同步精练 一、选择题 1． 关于多普勒效应，下列说法正确的是（ ） A．多普勒效应是由于波的叠加引起的 B．当观察者匀速远离波源时，观察者接收到的波的频率会变小 C．当波源向观察者匀速靠近时，波源的频率会变大 D．只有声波才能发生多普勒效应 2． 在下列现象中，用多普勒效应解释且正确的是（ ） A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声 B．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同 C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变高 D．超声波被血管中的血细胞反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化 3． 我国北宋科学家沈括在他的巨著《梦溪笔谈》中写道：“余友人家有一琵琶，置之虚室，以管色（注：管类乐器）奏双调，琵琶弦辄有声应之，奏他调则不应，宝之以为异物，殊不知此乃常理。”其中“有声应之”现象为（ ） A．干涉现象 B．衍射现象 C．多普勒效应 D．共振现象 4． 蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，有效利用超声脉冲导航，这种超声脉冲以持续 1 ms 或不到 1 ms 的时间短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为 35 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的过程中，下列说法正确的是（ ） A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于 35 000 Hz B．墙壁接收到的超声脉冲频率大于 35 000 Hz C．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率小于 35 000 Hz D．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于 35 000 Hz 5． （多选）火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下哪种情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来低？（ ） A．观察者静止，火车向他驶来 B．观察者静止，火车离他驶去 C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 6． 如图，静止的雷达测速仪 a 发射频率为 f0 的超声波，该超声波被迎面驶来的汽车 b 反射后，又被 a 接收到，则（ ） A．a 接收到 b 的反射波频率等于 f0 B．a 的发射波与 b 的反射波相遇会发生干涉 C．反射波在空气中的传播速度与 b 的运动速度有关 D．a 根据接收到的反射波的频率可确定 b 的运动速度 7． 一列沿 x 轴负方向传播的简谐横波在 t = 0 时的波形图如图甲所示，位于 x = 6 m 处的质点 M 的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是（ ） A．该简谐横波的波速为 8 m/s B．质点 M 在 0 ~ 6 s 内通过的路程为 24 cm C．t = 2 s 时刻，质点 M 的加速度最大 D．质点 M 的位移 y 随时间 t 变化的关系式为 y = 8sin 二、填空题 8． 动车组进站时的鸣笛声较静止时更为尖锐，其原因是列车驶向人时，单位时间人接收的声波数________（选填“大于”“等于”或“小于”）列车静止时的，导致人接收到声音的_______变大。 9． 如图所示为机械波的波源 O 做匀速直线运动的情况，图中的圆表示波峰，则该图表示的现象是____________；波源正在移向__________点，观察到波的频率最低的是_______点。 10． 如图，一架飞机在天空中高速飞行返回地面，并保持与地面观测站 R 的正常联系，设飞行员每隔 t0 时间与地面联系一次，发送频率为 f0 的电磁波，在地面上的观察者看来，飞行员连续两次发送联系信号的时间间隔 t _______ t0（选填“=”或“≠”）；地面观测站接收到该电磁波频率 f _______ f0（选填“>”“=”或“<”）。 11． 取一条较长的软绳．一端固定，用手握住另一端沿竖直方向抖动，可观察到绳波的波形。某人先后两次抖动后，观察到如图所示的甲、乙两列绳波波形。则甲波的周期比乙波的周期________（选填“大”或“小”）；甲波的起振方向_________（选填“向上”或“向下”）。 12． 在利用发波水槽得到水面波形的实验中。 （1）如图所示为利用发波水槽得到的水面波形图，图 a 是水面波的水面波的_______现象，图 b 是水面波的________现象； （2）图丙中，用实线表示波峰、虚线表示波谷来描述波的干涉图样，两列波的振幅都为 10 cm，波速和波长都分别为 1 m/s和 0.2 m，C 点为 A、B 连线的中点。则该时刻 C 点的振动方向________（选填“向上”或“向下”），从该时刻再经过 0.25 s 时，A 点经过的路程为_________cm。 三、综合题 13． 如图所示，甲、乙两人正以 10 m/s 的速度相向跑动。在两人的连线上，有一发声装置一边发出频率为 f0 的声音，一边以 10 m/s 的速度向乙运动，甲、乙两人听到的声音频率分别为 f甲、f乙。比较 f甲、f乙 和 f0 的大小，说明理由。 甲 乙 10 m/s 10 m/s 10 m/s f0 14． 如图是一列向右传播的横波，波速为 0.4 m/s，M 点的横坐标 x = 10 m，图示时刻波传到 N 点，现从图示时刻开始计时，问： （1）经过多长时间，M 点第二次到达波谷？ （2）这段时间里，N 点经过的路程为多少。 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $$市八中学2023学年选择性必修一学习手册 第三章 机械波 第五节 多普勒效应 课时聚焦 一、多普勒效应 Comment by fj: （1）相对运动，高于，低于 没有，发生 （2）固定，等于 （3）增加，高于，减少，低于 当波源与观察者发生___________时，观察者接收到的波的频率高于或低于波源频率，这种现象称为多普勒效应。发生多普勒效应时，波源的频率_________（有/没有）变化，只是观察者接收到的波的频率__________（发生/不发生）变化。 · 波源与观察者相对静止时，观察者在单位时间内接收到的波峰数是________（固定/变化）的，即接收到的频率___________波源的频率。 · 波源向着观察者运动时，观察者在单位时间内接收到的波峰数_____，即接收到的频率___波源的频率； · 波源远离观察者运动时，观察者在单位时间内接收到的波峰数_____，即接收到的频率___波源的频率。 二、多普勒效应的应用 Comment by fj: （1）低，高 （2）发生变化 （3）反射声波频率 （4）膨胀 · 蝙蝠利用多普勒效应捕食：昆虫在蝙蝠前飞行时，若两者间的距离增大，从昆虫身上反射的超声波频率会变________；若蝙蝠逐渐接近昆虫，从昆虫身上反射的超声波频率会变________。 · 多普勒超声心动图学：进入人体的超声波被血细胞反射，由于血细胞的运动，反射波的频率__________，由此能得到血液流动快慢的信息。 · 公路上的测速仪：利用多普勒效应根据_________________的变化来检测汽车的车速。 · 天文学家根据星系运动引起的多普勒效应认识到宇宙一直在__________。 典例精析 【例 1】 （多选）关于多普勒效应，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: AB 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 【例 2】 交警开车在高速公路上以 100 km/h 的恒定速度巡查，在同一车道上警车向前方同向行驶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，警车接收到的电磁波频率比发出时高。 Comment by fj: （1）D （2）未超速 （3）变低 （1）此现象属于（ ） A．波的衍射 B．波的干涉 C．波的反射 D．多普勒效应 （2）若该路段限速为 100 km/h，则轿车________（选填“已超速”或“未超速”）。 （3）若轿车以 30 m/s 的速度行进，反射回的频率将_________（选填“变高”“变低”或“不变”）。 【例 3】 假设频率一定的点波源随导弹以超音速做匀速直线运动，且以相等的时间间隔向各个方向同时发出声波，图中各圆形均表示点波源振动产生的波面。关于该过程，下列图中正确的是（ ） Comment by fj: D 同步精练 一、选择题 1． 关于多普勒效应，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: B A．多普勒效应是由于波的叠加引起的 B．当观察者匀速远离波源时，观察者接收到的波的频率会变小 C．当波源向观察者匀速靠近时，波源的频率会变大 D．只有声波才能发生多普勒效应 2． 在下列现象中，用多普勒效应解释且正确的是（ ） Comment by fj: D A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声 B．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同 C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变高 D．超声波被血管中的血细胞反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化 3． 我国北宋科学家沈括在他的巨著《梦溪笔谈》中写道：“余友人家有一琵琶，置之虚室，以管色（注：管类乐器）奏双调，琵琶弦辄有声应之，奏他调则不应，宝之以为异物，殊不知此乃常理。”其中“有声应之”现象为（ ） A．干涉现象 B．衍射现象 C．多普勒效应 D．共振现象 4． 蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，有效利用超声脉冲导航，这种超声脉冲以持续 1 ms 或不到 1 ms 的时间短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为 35 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的过程中，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: B A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于 35 000 Hz B．墙壁接收到的超声脉冲频率大于 35 000 Hz C．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率小于 35 000 Hz D．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于 35 000 Hz 5． （多选）火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下哪种情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来低？（ ） Comment by fj: BD 人教版习题 A．观察者静止，火车向他驶来 B．观察者静止，火车离他驶去 C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 6． 如图，静止的雷达测速仪 a 发射频率为 f0 的超声波，该超声波被迎面驶来的汽车 b 反射后，又被 a 接收到，则（ ） Comment by fj: D A．a 接收到 b 的反射波频率等于 f0 B．a 的发射波与 b 的反射波相遇会发生干涉 C．反射波在空气中的传播速度与 b 的运动速度有关 D．a 根据接收到的反射波的频率可确定 b 的运动速度 7． 一列沿 x 轴负方向传播的简谐横波在 t = 0 时的波形图如图甲所示，位于 x = 6 m 处的质点 M 的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．该简谐横波的波速为 8 m/s B．质点 M 在 0 ~ 6 s 内通过的路程为 24 cm C．t = 2 s 时刻，质点 M 的加速度最大 D．质点 M 的位移 y 随时间 t 变化的关系式为 y = 8sin 二、填空题 8． 动车组进站时的鸣笛声较静止时更为尖锐，其原因是列车驶向人时，单位时间人接收的声波数________（选填“大于”“等于”或“小于”）列车静止时的，导致人接收到声音的_______变大。 Comment by fj: 大于，频率 9． 如图所示为机械波的波源 O 做匀速直线运动的情况，图中的圆表示波峰，则该图表示的现象是____________；波源正在移向__________点，观察到波的频率最低的是_______点。 Comment by fj: 多普勒效应，A，B 10． 如图，一架飞机在天空中高速飞行返回地面，并保持与地面观测站 R 的正常联系，设飞行员每隔 t0 时间与地面联系一次，发送频率为 f0 的电磁波，在地面上的观察者看来，飞行员连续两次发送联系信号的时间间隔 t _______ t0（选填“=”或“≠”）；地面观测站接收到该电磁波频率 f _______ f0（选填“>”“=”或“<”）。 Comment by fj: ≠，> 11． 取一条较长的软绳．一端固定，用手握住另一端沿竖直方向抖动，可观察到绳波的波形。某人先后两次抖动后，观察到如图所示的甲、乙两列绳波波形。则甲波的周期比乙波的周期________（选填“大”或“小”）；甲波的起振方向_________（选填“向上”或“向下”）。 Comment by fj: 大，向下 12． 在利用发波水槽得到水面波形的实验中。 Comment by fj: （1）衍射，干涉 （2）向下，100 （1）如图所示为利用发波水槽得到的水面波形图，图 a 是水面波的水面波的_______现象，图 b 是水面波的________现象； （2）图丙中，用实线表示波峰、虚线表示波谷来描述波的干涉图样，两列波的振幅都为 10 cm，波速和波长都分别为 1 m/s和 0.2 m，C 点为 A、B 连线的中点。则该时刻 C 点的振动方向________（选填“向上”或“向下”），从该时刻再经过 0.25 s 时，A 点经过的路程为_________cm。 三、综合题 13． 如图所示，甲、乙两人正以 10 m/s 的速度相向跑动。在两人的连线上，有一发声装置一边发出频率为 f0 的声音，一边以 10 m/s 的速度向乙运动，甲、乙两人听到的声音频率分别为 f甲、f乙。比较 f甲、f乙 和 f0 的大小，说明理由。 Comment by fj: f甲 = f0 < f乙，因为甲与发声装置处于相对静止状态，所以甲听到的声音频率不变；而发声装置与乙相互靠近，根据多普勒效应，乙听到的声音频率增大。 2022沪科版练习册3.5.4 甲 乙 10 m/s 10 m/s 10 m/s f0 14． 如图是一列向右传播的横波，波速为 0.4 m/s，M 点的横坐标 x = 10 m，图示时刻波传到 N 点，现从图示时刻开始计时，问： Comment by fj: （1）29 s （2）145 cm （1）经过多长时间，M 点第二次到达波谷？ （2）这段时间里，N 点经过的路程为多少。 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $$