第3章 第5节 多普勒效应-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

参考答案与解析皮线 知，T=4s,0=产=1m/s,A错误：1=2s时，三列波 两列波相向传播，相对速度为2o=50cm/s 所以出现偏离平衡位置位移为一I6cm的最短时间 均未传播到D,所以1=2s时，D处的质点未开始振 动，B错误：由于AD=BD=5m,所以1=4.5s时，波 I=Ar' 2v =0.18 源A,B处产生的波未传播到D处，波源C处产生的波 第5节多普勒效应 到达D处已经1.5s,所以D处的质点向y轴负方向 1.BD[多普勒效应是各种波共有的特性，产生多普勒 运动，C正确：1=6s时，D处的质点在平衡位置振动， 效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波 y=2cm+2cm-2cm=2cm,D错误.] 源的频率不变.] 9.(1)波传播的距离x=W=10m. 2.BD[当波源与观察者有相对运动时，才能观察到多 y.cm 普勒效应，故A错误，B正确.如果二者相互接近，观紫 者接收到的频率增大：如果二者远离，观察者接收到的 10 频率减小，故C错误，D正确.] 波上各质点的振动周期T=之=2，=2.55=1T, 3.AD[由多普勒效应可知，波源与观察者有相对运动 时，观察者接收到的频率会发生变化，如果二者相互接 故波形图如图所示，P波为虚线，Q波为实线。 近，观察者接收到的频率变大：如果二者相互远离，观 (2)两波源起振方向相反，故考察点到两波源的距离差 察者接收到的频率变小故AD正确.] 为半波长的奇数倍的为加强点，在x轴上坐标为x1= 4.BC 3m=7m处，△x=4m=之，为加强点，振幅最 5.要使飞行员恰好听不到爆炸声，即飞行员正好一个声 大.考察点到两波源的距离差为波长的整数倍的为减弱 波也接收不到，他随战斗机运动的速度应与波峰前进 点，在x轴上坐标为=1m,=9m处，△x=8m=, 的速度一样，即战斗机应以340m/s的速度飞行，远离 为减弱点，在x轴上坐标为x:=5m处，△x”=0,也为 爆炸点 减弱点，振幅最小， 6.B 10.(1)根据两列波的振幅都为8cm,偏离平衡位置位移 7.A[因巡警车（观察者）接收到的电磁被频率比发出时 为16cm的点即为两列波的波蜂相遇位置.设质点的 低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警 车车速恒定又在后面，可判定轿车车速比巡警车车速 坐标为x,根据波形图可知，甲、乙的波长分别为入甲一 大，A正确.] 50cm,入乙=60cm,则甲、乙两列波的波峰坐标分别为 8.B[只有频率相同的两列声波相遇才会发生干涉，A x1=50十k1×50(k1=士1，士2，士3，…）， 错误：由于声波在水中传播速度大于在空气中传播速 =50十k:×60(k2=士1，士2，士3，…). 综上，所有波峰和波蜂相遇的质点坐标为 度，故声波由水中传播到空气中，波长会改变，B正确： 1500 x=(50十300n)cm(n=±1，士2.士3，…). 由入=号可得该声波在水中的波长入=15x10m (2)偏离平衡位置位移为一16cm的点是两列波的波谷 1.0×103m,根据发生明显衍射的条件可知，该声波遇 相遇的点.4=0时，波谷之差△x=(50+2,+中×60） 2 到尺寸约为1m的被探测物时会发生明显衍射，C错 误：根据多普勒效应，探测器接收到的回声颜率与被探 -(30+2n2×0）m=士1，士2，士3… 测物相对探测器运动的速度有关，D错误.] 整理可得△x=10(6m-5m:)+5, 9.当汽车驶近观测站时，波长被压缩为入1=入一T,观测 波谷之间最小的距离为△x'=5cm. 到的频率为 27 重雅点手册高中物理选择性必修第一册®) ① 可知SP=受入=1.5m,解得入=06m,机械波的传播 司样可以得出，当汽车远离观测站时，观测到的频率为 速度为v=A∫=6m/s,波源S恰好到达波谷，Q恰好第 =幽∫ 本十车 ③ 二次到达波谷，可知SQ=入，所以Q比P先振动，故 ABC错误；波传播到P点时，波源S已经振动了1= 由08得w-行w=3a9m SP=0.25s,放D正确.故选D.] 10.(1)火车驶来，以观察者为参考系，观察者接收到的频 5.C[根据题图乙可知该时刻质点N向上振动，结合上 率增大。 下坡法可知波沿x轴负方向传播，故A错误：根据题图 1=,号./-3820×275H292 340 乙可知该波的周期为T=0.48,而1=0.78=子T+ (2)火车驶去，以观察者为参考系，观察者接收到的频 T,所以1=0.7s时质点L位于波峰处，故B错误：该 率减小， 横波在介质中传播的速度为v=子=5m/,故C正 340 fB=+:f-340+20×275H≈260 确：该时刻质点K与M的速度都为0，加速度大小相 单元学能测评 同，方向相反，放D错误.故选C.] 6.C[根据1=0时刻波形图，波沿x轴正方向传播，此 1.D「振源停止振动时，由于惯性，其他振动质点并不立 时波恰好传到（点，据波的传播方向与振动方向关系， 即停止振动，所以在介质中传播的波动并不立即停止， c点振动方向向下，故各质点的起振方向向下，故A错 故A错误：物体做机械振动，不一定产生机械波，还需 误：由波形图可知，波长为入=4m,设波速大小为，周 要传播振动的介质，故B错误：波在均匀介质中匀速传 期为了，有)=产，1=10s时d质点第一次位于波峰， 播，速度不变，而质点的振动速度随时间是周期性变化 则△==10s,解得T=4s,v=1m/s,故B错误：由 的，所以波的速度与振源的振动速度不同，波的传播速 度与波源的振动速度无关，故C错误；波在介质中传播 于7等于1子个周期的时间，且0时刻a,b两点均在 的频率等于振源的振动频率，与介质性质无关，仅由振 特殊位置，所以两质点振动的总路程相等，大小为5 源决定，故D正确.故选D. 7A=70m=0.7m,故C正确：t=0时刻c点的振动方 2.B[由题图甲得水波的波长A=16cm,故A错误，B 程为=-10sina(cm)=-10sin号1(cm),设d点 正确：由题图乙可得波的周期为0.2s,故C错误：水波 的振动方程为yw=一10sin（受十9）)(cm),c质点的 的传播速度大小为v=产=0,8m/s,故D错误.] 振动传播到d质点需要的时间1=旦-7s,代入d点 3.A[波向右传播，由波形图可知，由振源振动形成的 机械波的波长逐渐减小，由于同一种介质中的波速不 的振动方程得p=一子x,所以4点的振动方程为二 变，根据∫一兴可知波源振动的频率变大，A正确， -10sn(受1一x)(am,放D错误故选C] 错误：波向右传播，由波形图可知，此时刻质点P的速 7.B[由题图乙可知，波的周期为T=0,25,所以两个波 度方向向下，D错误.故选A] 源产生的波的波长为λ=wT=005m=5m.因经0.6s 4.D[P到S的距离不超过三个波长，P第一次到达波 波从波源传到M,所以S,到M的距离为x=t= 峰时，波源S恰好到达波谷，Q恰好第二次到达波谷， 15cm,M、N是相邻的波峰，所以它们到波源S(或 28重雕手曲高中物理选择性必修第一册划 第5节 多普勒效应 重点和难点 课标要求 重点：通过模拟实验来理解多普勒效应的形成原因. 1,知道什么是多普勒效应，理解其产生的原因。 难点：用控制变量法定量分析观察者接收到波的频率或 2.能解释和判断多普勒效应. 频率的变化情况. 3.了解多普勒效应在生产、生活中的应用. 01以备知识梳里。 基础梳理 知识点1多普勒效应 1.多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接收到的波的 频率发生变化的现象叫作多普勒效应， 2.多普勒效应现象 (1)波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率大于相对 静止时接收到的频率。 2划重点 (2)波源与观察者相互远离，观察者接收到的频率小于相对 多普勒效应的产生不是 静止时接收到的频率。 取决于波源距离观察者有多 3.多普勒效应的本质 远，而是取决于波源相对于观 观察者与波源之间的相对运动是多普勒效应产生的原因.波 察者运动速度的大小和方向 源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率变大，音调变高，都 是与二者相对静止时观察者的感受相比的，波源与观察者匀速靠 近时，观察者接收到的频率是恒定的，但这个频率比二者相对静 止时要大，这才是上述变大的含义，而不是越来越大.二者相互远 离时情况恰好相反.不管怎样，多普勒效应都是观察者的感受，而 波源的频率并未发生变化.一切波都能发生多普勒效应 知识点2多普勒效应的应用 甲 如图甲，波源和观察者都 多普勒效应在生产、生活中的应用越来越广，其应用的主要 不动，设波源频率为20Hz, 方式是通过测速度来判断研究对象的状况，具体应用如下： 则波源每秒发出20个完全 (1)超声波测速：发射装置向行进中的车辆发射频率已知的 波，波速=入f,所以每秒有 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可 20个完全波经过观察者，也就 以知道车辆的速度 是观察者每秒接收到20个完 (2)红移现象：在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线 全波，即f=f,音调不变. 164 第三章机械波么组 有“红移现象”，所谓“红移现象”，就是整个光谱结构向光谱红色 的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释.由于星系远 离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波 长变大)的红端移动.科学家从红移的大小还可以算出这种远离 运动的速度，这种现象是证明宇宙在膨胀的一个有力证据 (3)医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超声波被血 管中的血液反射后被仪器接收.测出反射波的频率变化，就能知 乙 道血流的速度，据此诊断疾病. 如图乙，波源不动，观察 者运动，观察者在15内由位 (4)可根据火车汽笛的音调变化判断火车是进站还是出站： 置A运动到位置B,虽然波源 根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹飞行的方向等 每秒仍发出20个完全波，但 重雅拓展 观察者每秒却接收到多于 重难点1多普勒效应的两种比较 20个完全波，即f>f,音 波源相对于介质静止，观察者以速度%相对于介质运动时 调变高 了-(）（其中口为波的传播速度，。为波源的频率，了为 观察者接收到的频率.“十”表示观察者走向波源，“一”表示观察 者离开波源)， 1.感觉到的频率与波源的频率 由公式可以看出，当观察者匀速运动时，观察者感觉到的频 率是不变化的，但与波源频率还是不同的.若是靠近，感觉到的频 丙 率比波源频率大：若是远离，感觉到的频率比波源频率小 如图丙，波源向右运动， 2.感觉到的频率的前后变化 观察者不动，波源由S,运动 到S,波源右方的波面支得密 由公式可以看出，当观察者做变速运动时，观察者感觉到的 集，波长变短，左方的波面变 频率是变化的，若是加速靠近，感觉到的频率越来越大：若是减速 得稀疏，波长变长，即「> 靠近，感觉到的频率越来越小，但比波源频率要高，若是加速远 「效，音调变高. 离，感觉到的频率越来越小：若是减速远离，感觉到的频率越来越 高，但比波源频率要低 例①(2024·华中师大一附中期中)多普勒效应在科学技术 中有广泛的应用，装有多普勒测速仪的监视器可以安装在公路 上，向行进中的车辆发射频率为∫的超声波，同时测量反射回的 超声波频率.下列说法正确的是(). A.超声波能发生多普勒效应，光波不能发生多普勒效应 B.当车辆驶向监视器时f>f C.当车辆驶离监视器时∫>f D.车速越大，监视器接收到的超声波频率比发射出的超声波 频率大得越多 165 重雅念手细高中物理选择性必修第一册) 解析机械波和电磁波都会发生多普勒效应，超声波属于机 械波，光波属于电磁波，都可以发生多普勒效应，故A错误：当车 辆驶向监视器时，车辆接收到的频率增大，即∫<f,故B错误： 当车辆驶离监视器时，车辆接收到的频率减小，即>，故C正 确；车速越大，如果车辆驶向监视器时，监视器接收到的超声波频 率比发射出的超声波频率大得越多，远离的话反而小得越多，故 D错误.故选C 答秦C -02一关健能力提升◆ 题型1利用多普勒效应测速或测距 蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出 多普勒效应可理解为相遇（或追及）问题， 的超声波的波长， 从而将之转化为运动学问题进行处理，其中波 解析声音传播时蝙蝠也在向前运动，设 源振动的频率是不变的，接收者所接收的频率 蝙蝠的速度为，声音的速度为，蝙蝠发出超 则取决于二者的相对运动. 声波时到墙的距离为x,则有2.x一1=t,代 例①蝙蝠有完善的发射和接收超声波的 入数据解得x=1.73m. 器官，一只蝙蝠以6.0m/s的速度垂直于墙飞 行，且以f=4.5×10Hz的频率发出超声波， 由)=入∫解得入=”=，340 f4,5X10m≈ 并经0.01s接收到回声.若声速是340m/s,求7.56×103m. 03核他素养聚焦一。一 考向1对多普勒效应的分析与理解 E.天文学上观察到双星（相距较近、均绕 例1(2020·全国卷I)(多选)在下列现 它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱 象中，可以用多普勒效应解释的有( 随时间的周期性变化 A.雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听 解析之所以不能同时观察到是因为声音 到雷声 的传播速度比光的传播速度慢，故A错误；超 B.超声波被血管中的血流反射后，探测器 声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由 接收到的超声波频率发生变化 于血小板的运动会使得反射声波的频率发生 C.观察者听到远去的列车发出的汽笛 变化，故B正确：列车和人的相对位置变化了， 声，音调会变低 所以听到的声音频率发生了变化，故C正确： D.同一声源发出的声波，在空气和水中传 波动传播速度不一样是由于波的频率不一样， 播的速度不同 故D错误；双星在周期性运动时会使到地球的 166 第三章 机械波么 距离发生周期性变化，故接收到的光频率会发 命题意图 考查对多普勒效应的理解 生变化，故E正确.故选BCE 核心素养 物理观念 素养水平 水平2 [答案BCE 04学业质量测评。 基础过关练 测试时间：15分钟 4.(多选)下列现象属于多普勒效应的是( 1.(多选)关于多普勒效应，下列说法中正确的 A.远去的汽车声音越来越小 是( B.炮弹迎面飞来，声音刺耳 A.只有机械波才能产生多普勒效应 C,火车向你驶来时，音调变高：驶离你而去 B.机械波、电磁波、光波等均能产生多普勒 时，音调变低 效应 D.在大风中，听到远处人的说话声时强时弱 C.产生多普勒效应的原因是波源的频率发 5.随着科技的发展和作战的需要，现在的战斗 生了变化 机飞得越来越快，甚至有些战斗机的速度超 D.产生多普勒效应的原因是观察者接收到 过了声音在空气中的传播速度.假设某爆炸 的频率发生了变化 声在空气中的传播速度为340m/s,一架战 2.(多选)下列关于多普勒效应的说法中正确 斗机正在爆炸点附近远离它飞行，要使飞行 的是( 员听不到爆炸声，战斗机飞行的速度至少 A.只要波源在运动，就一定能观察到多普勒 多大？ 效应 B.当声源静止而观察者运动时，可以观察到 多普勒效应 C.只要声源在运动，观察者总是感到声音的 频率较高 D.当声源相对于观察者运动时，观察者听到 乃综合提能练 测试时间：25分辑 的声音的音调可能变高，也可能变低 6.如图所示，表示一个波源S做匀速直线运动 3.(多选)静止在站台上的火车鸣笛，站在远处 时在均匀介质中产生的球面波的情况，则观 的人听到了汽笛声.后来他又听到这列火车 察到波的频率最低的点是( 行驶时的汽笛声，他根据听到的汽笛声判断火 d 车行驶的方向.下列判断中正确的是(). A.若听到的声音音调变低，则火车离他远去 B.若听到的声音音调变低，则火车向他驶来 C.若听到的声音音调变高，则火车离他远去 D.若听到的声音音调变高，则火车向他驶来 A.a点 B.b点 C.c点 D.d点 167 国雕手曲高中物理选择性必修第一册 7.公路巡警开车在高速公路上以100km/h的 C强基突破练 测试时间：10分钟 恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方 10.以速度u=20m/s奔驰的火车，鸣笛声频 的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如 率为275Hz,已知常温下空气中的声音传 果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车 播速度v=340m/s. 接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆 (1)当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听 轿车的车速(). 到的鸣笛声频率是多少？ A.高于100km/h B.低于100km/h (2)当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听 C.等于100km/h D.无法确定 到的鸣笛声频率是多少？ 8.(2023·广东选考)渔船常用回声探测器发 射的声波探测水下鱼群与障碍物.声波在水 中的传播速度为1500m/s,若探测器发出 频率为1.5×10Hz的声波，则下列说法正 确的是(). A.两列声波相遇时一定会发生干涉 B.声波由水中传播到空气中，波长会改变 C.该声波遇到尺寸约为1m的被探测物时 会发生明显衍射 D.探测器接收到的回声频率与被探测物相 对探测器运动的速度无关 9.沿直线行驶的汽车通过某观测站时，观测到汽 车发出的频率由1200Hz下降为1000Hz,已 知空气中声速为340m/s,求汽车的车速. 168