第三章 第四节 多普勒效应-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书word（粤教版2019）

第四节　多普勒效应 【素养目标】　1.知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应形成的原因。 　2.了解多普勒效应在生活中的应用，会用多普勒效应解释一些现象。 知识点一　认识多普勒效应 [情境导学]　当消防车从人身边高速驶过时，如果人站在消防车前方，听到的音调提高了；如果人站在消防车后方，听到的音调就降低了。思考消防车鸣笛的实际频率变了吗？如果没变，人听到的音调为什么发生变化？ 提示：消防车鸣笛的频率并没有改变；人听到的音调发生变化的原因是消防车相对观察者运动导致的。 (阅读教材P83—P84完成下列填空) 1．多普勒效应 波源或观察者或两者都相对于传播介质运动，观察者接收到的频率与波源发出的频率不相同的现象。 2．多普勒效应产生的原因 (1)当波源与观察者相对静止时，观察者接收到的频率等于波源振动的频率。 (2)当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察者接收到的频率减小。 [问题探究]　(1)如图(a)所示，当救护车静止时，两人接收声波的频率与救护车发射声波的频率相同吗？ (2)如图(b)所示，当救护车向右运动时，两人接收声波的频率与救护车发射声波的频率相同吗？ 提示：(1)相同。(2)当救护车向右运动时，男人的接收频率变小，女人的接收频率变大。 (2023·广东珠海高二统考期中)小明同学将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听到它发出声音。现用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速做圆周转动，蜂鸣器从A转动到B的过程中的某位置，小明及甲、乙三位同学听到蜂鸣器发出声音的频率分别为f1、f2、f3。则(　　) A．f3>f1>f2 B．f1＝f2＝f3 C．f2>f1＝f3 D．f1>f2＝f3 答案：A 解析：多普勒效应是指波源或观察者发生移动而使两者间的位置发生变化，使观察者接收到的频率发生了变化。当蜂鸣器靠近观察者时，听到的蜂鸣器的音调变高，当蜂鸣器远离观察者时，听到的蜂鸣器的音调变低，所以f3>f1>f2，故选A。 学生用书第89页 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 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。 针对练1.(多选)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干涉引起的 B．发生多普勒效应时，波源的频率并未发生改变 C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而发生的 D．只有声波才有多普勒效应 答案：BC 解析：多普勒效应是由于波源与观察者之间发生相对运动而产生的，其波源的频率不发生变化，是观察者接收到的频率发生变化，故B、C正确，A错误；机械波和光波都有多普勒效应现象，D错误。 针对练2.(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，关于女同学的感受，下列说法正确的是(　　) 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C点向右运动时，她感觉哨声音调不变 D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低 答案：AD 解析：女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低，选项A、D正确，B、C错误。 知识点二　多普勒效应的应用 [情境导学]　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。科学家向卫星发射一定频率的电磁波，分析卫星反射回来的电磁波的频率，当卫星返回的信号频率增加时，卫星向近地点运动还是向远地点运动？ 提示：当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，所以卫星向近地点运动。 (阅读教材P84—P85完成下列填空) 1．判断和测量车辆速度 (1)修理铁路的工人可以根据火车的汽笛声判断火车的运行方向和快慢。 (2)交警向行进中的汽车发射已知频率的电磁波，可根据汽车反射回来的电磁波的频率测出汽车速度。 2．判断天体运动的情况 (1)由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可以判断天体相对地球的运动速度。 (2)可以跟踪人造地球卫星。 3．利用超声波测血流速度 当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时，回声的频率有所改变，这种频率的变化被称为频移。经自相关技术进行多普勒信号处理，把频移与血流信号对应起来，通过处理频移信号建立彩色多普勒超声(简称彩超)血流图像。彩超在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。 学生用书第90页 [问题探究]　如图所示，O为地球赤道上的测控站，P为地球同步卫星，Q为低轨道卫星，P、Q向周围空间发射的无线电信号频率均为f1。在图示位置时， (1)P卫星和Q卫星的角速度大小关系如何？ (2)O接收到P、Q发射的无线电信号频率分别为f2和f3，请说明f2、f3与f1的大小关系。 提示：(1)根据G＝mω2r可得ω＝，可知ωQ>ωP。 (2)因为P为地球同步卫星，则O与P相对静止，f1＝f2，又ωQ>ωP，则f3>f2，即f3>f1＝f2。 (多选)(2023·太原五中月考)关于多普勒效应的应用，下列说法中正确的是(　　) A．发现星系谱线的“红移”现象是多普勒效应的应用 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，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，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，D错误。 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。 针对练1.机械波和电磁波都能产生多普勒效应。下列现象中不属于利用多普勒效应的是(　　) A．交通警察利用测速仪向行进中的车辆发射频率已知的超声波，根据反射波的频率变化判断车速 B．医生向人体内发射频率已知的超声波，根据接收到的被血管中的血流反射后的超声波的频率变化，判断血流的速度是否正常 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 D．天文学上通过对比某些元素在遥远天体上的发光频率与其静止在地球上的发光频率，判断天体相对于地球的运动速度 答案：C 解析：交通警察利用测速仪向行进中的车辆发射频率已知的超声波，根据反射波的频率变化判断车速利用了声波的多普勒效应的原理，故A不符合题意；医生向人体内发射频率已知的超声波，根据接收到的被血管中的血流反射后的超声波的频率变化，判断血流的速度是否正常也属于声波的多普勒效应的应用，故B不符合题意；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，故它不属于多普勒效应的应用，故C符合题意；天文学上通过对比某些元素在遥远天体上的发光频率与其静止在地球上的发光频率，判断天体相对于地球的运动速度属于光波的多普勒效应的应用，故D不符合题意。故选C。 针对练2.(2023·湖北武汉高一期末)如图所示，静止轨道卫星Q在轨道上稳定运行，P为赤道平面上的监测站，为实时监测卫星运行状况，卫星Q持续向监测站P发射频率为f的电磁波，则卫星Q从A运行到B的过程中，关于监测站P接收的电磁波频率，下列说法正确的是(　　) A．监测站P接收的电磁波频率先减小后增大 B．监测站P接收的电磁波频率先增大后减小 C．监测站P接收的电磁波频率一直保持不变 D．监测站P接收的电磁波频率一直减小 答案：C 解析：因为卫星Q是地球同步卫星，与地球有相同的角速度，P为赤道平面上的监测站，则P、Q相对静止，即卫星Q从A运行到B的过程中，P、Q的相对位置不变，根据多普勒效应可知，监测站P接收的电磁波频率不变。故选C。 学生用书第91页 1．(2023·河南洛阳高二期中)某地在进行飞行航模表演，下列说法正确的是(　　) A．当观众听到的声音频率变高时，可以判断飞机正在飞来 B．当观众听到的声音频率变高时，可以判断飞机正在飞离 C．当飞机向观众飞来时，飞机发动机发出的声音频率变高 D．当飞机飞离观众时，飞机发动机发出的声音频率变低 答案：A 解析：无论飞机是向观众飞来还是飞离观众，飞机发动机发出的声音频率不变，故C、D错误；飞机向观众飞来时，观众听到的声音频率变高，飞机飞离观众时，观众听到的声音频率变低，故A正确，B错误。 2.(2023·广东广州高二统考期末)如图所示，安装在公路旁的多普勒测速仪，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波。并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车远离测速仪时，被该汽车反射回来的反射波与测速仪发出的超声波相比(　　) A．频率不变，波速不变 B．频率变小，波速不变 C．频率变小，波速变小 D．频率变大，波速变大 答案：B 解析：根据多普勒效应可知，当某汽车远离测速仪时，被该汽车反射回来的反射波与测速仪发出的超声波相比，频率变小，波在同一介质中传播，波速不变。故选B。 3．(鲁科版P90T3改编)蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是(　　) A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 Hz B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率 C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率 D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz 答案：C 解析：蝙蝠在靠近墙运动，所以相当于波源在靠近接收器，故墙壁接收到的超声脉冲频率大于39 000 Hz，A错误；蝙蝠相对墙的运动速度要小于蝙蝠相对反射回来的超声波的速度，所以蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率，所以蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于39 000 Hz，B、D错误，C正确。故选C。 4．(2023·重庆巴蜀中学期中)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f的超声波，同时测量反射回的超声波频率f1，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>f1 C．当车辆驶离监视器时f>f1 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 答案：C 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，光波是电磁波，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<f1，故B错误；当车辆驶离监视器时，车辆接收到的频率减小，即f>f1，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，车辆驶离反而小得越多，故D错误。 课时测评19　多普勒效应 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题每题5分，共60分) 1.一人站在火车轨道旁，一列正在鸣笛的火车高速驶来，然后又高速离去，则此人听到的鸣笛声的频率将(　　) A．变大 B．变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 答案：C 解析：根据多普勒效应可知，当物体振动频率不变时，距离声源越远，声音的音调越远，距离声源越近，声音的音调越高，因此人站在火车轨道旁，当火车高速驶来时，距离越来越近，听到的鸣笛声的频率将变大，当高速离去，距离越来越远，听到的鸣笛声的频率将变小，A、B、D错误，C正确。故选C。 2．(多选)根据多普勒效应，下列说法正确的是(　　) A．当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定与波源发出的频率相同 B．当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低 C．当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高 D．当波源与观察者背向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低 答案：CD 解析：当波源和观察者间有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率可能不同，但若观测者绕波源做圆周运动，观察者接收到的频率一定和波源发出的频率相同，A错误；当波源和观察者同向运动时，但两者间距不知如何变化，所以不能肯定接收频率比波源频率低，B错误；当波源和观察者相向运动时，两者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高，C正确；当波源和观察者反向运动时，两者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，D正确。故选CD。 3．波源所发出的机械波的频率为180 Hz，观察者所接收到的机械波频率也为180 Hz。下列判断中正确的是(　　) A．若波源静止不动，则观察者一定静止不动 B．波源和观察者之间的相对距离不变 C．波源和观察者之间的相对距离增大 D．波源和观察者之间的相对距离减小 答案：B 解析：多普勒效应是指波源或观察者发生移动，而使两者间的位置发生变化，使观察者收到的频率发生了变化。现在波源所发出的机械波的频率为180 Hz，观察者所接收到的机械波频率也为180 Hz，则说明波源和观察者之间的相对距离不变。若波源静止不动，观察者不一定静止不动，观察者绕波源做圆周运动时接收到的频率也不变，故B正确，ACD错误。故选B。 4.(多选)将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上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，接收到的水波频率比振针的振动频率小 D．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率大 答案：AC 解析：振针前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者，观察者接收到的水波频率比振针的振动频率小，故A、C正确。 5．在平直公路上，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(　　) 答案：D 解析：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，所以选项D正确。 6．(多选)(2024·广东佛山统考一模)蝙蝠具有一种回声定位的特殊本领，它们在喉部产生短促而高频的超声波，经鼻或嘴传出后被附近物体反射回来形成回声，听觉神经中枢对回声本身以及发出声与回声间的差异进行分析，从而确定前方猎物的位置、大小、形状、结构以及运动速度与方向，下列说法正确的是(　　) A．不同蝙蝠发出不同频率的超声波可能发生干涉 B．蝙蝠发出的超声波进入水中后传播速度不变 C．蝙蝠产生高频的超声波目的是便于捕捉较小的猎物 D．蝙蝠听到回声的频率变高时，能判断出猎物正在靠近 答案：CD 解析：发生干涉时两列波的频率必须相同，所以不同蝙蝠发出不同频率的超声波不可能发生干涉，选项A错误；蝙蝠发出的超声波进入水中后传播速度要发生变化，选项B错误；高频的超声波波长较短，更容易被较小的猎物反射，则蝙蝠产生高频的超声波目的是便于捕捉较小的猎物，选项C正确；根据多普勒效应可知，蝙蝠听到回声的频率变高时，能判断出猎物正在靠近，选项D正确。故选CD。 7．(2023·广东佛山高二统考期中)科学上利用多普勒效应测量太空中星球相对地球的运动速度。某恒星与地球正相互远离，则(　　) A．恒星发出光的频率增大 B．恒星发出光的波长增大 C．地球接收光的光速减小 D．地球接收光的频率减小 答案：D 解析：恒星发出光的频率不变，波长不变，故A、B错误；地球接收光的光速不变，故C错误；根据多普勒效应，地球接收光的频率减小，故D正确。故选D。 8．(2023·江苏南通高二统考期中)下列各图所对应的现象与多普勒效应有关的是(　　) A．图甲：水波撞击堤岸后倒卷回去继续传播 B．图乙：水波在深度不同的水域传播，在交界面处改变传播方向 C．图丙：周期性振动的金属丝贴着水面移动，在水面上形成不规则的环状波纹 D．图丁：水波遇到开有狭缝的挡板，可以穿过狭缝继续传播 答案：C 解析：水波撞击堤岸后倒卷回去继续传播，这是波的反射，故A错误；水波在深度不同的水域传播，在交界面处改变传播方向，这是波的折射，故B错误；周期性振动的金属丝贴着水面移动，在水面上形成不规则的环状波纹，离金属丝近的水面和远的水面振动频率不同，该现象与多普勒效应有关，故C正确；水波遇到开有狭缝的挡板，可以穿过狭缝继续传播，该现象为波的衍射，故D错误。 9．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，再通过电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 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，表明前车与无人车的速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误；当f′>f时，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，故C错误；当f′<f时，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，故D错误。 10．(2023·广东广州市第十六中学期中)下列说法正确的是(　　) A．“余音绕梁，三日不绝”，是声音的衍射现象 B．两列波产生干涉现象时，振动加强的介质质点始终位于波峰或波谷 C．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速大于声源发出的声波波速 D．两列波相遇时，在相遇区域任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和 答案：D 解析：“余音绕梁，三日不绝”指心理听觉，是音乐专业术语，不是物理学上的发声，故A错误；振动加强点的振幅最大，并不是指该质点始终位于波峰或者波谷，故B错误；声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速与声源发出的声波波速相等，故C错误；两列波相遇时，每一列波引起的振动情况都保持不变，与相遇前完全相同，而在相遇区域，任一质点的振动则是两列波共同作用的结果，即任一点的总位移等于两列波分别在该点引起的位移的矢量和，故D正确。 11．(2024·江西高三联考)汽车主动降噪系统是一种能够自动减少车内噪音的技术，在汽车行驶过程中，许多因素都会产生噪音，系统会通过车身的声学反馈技术，通过扬声器发出声波将车外噪音反向抵消，从而减少车内噪音。某一噪声信号的振动方程为y＝A sin ，下列说法正确的是(　　) A．抵消声波频率应为100 Hz B．抵消声波振幅应为2A C．汽车降噪过程应用的是声波的多普勒效应原理 D．抵消声波和环境噪声在空气中传播的速度相等 答案：D 解析：抵消声波频率应为f＝＝Hz＝50 Hz，故A错误；振动方程为y＝A sin ，则抵消声波振幅应为A，故B错误；汽车降噪过程应用的是声波的干涉原理，故C错误；波速由介质决定，抵消声波和环境噪声在空气中传播的速度相等，故D正确。 12．(2023·山东青岛统考二模)我国研制的“复兴号动车组”首次实现了时速350 km/h的自动驾驶，此时多普勒效应会影响无线通信系统稳定，这要求通信基站能分析误差并及时校正。如图所示，一辆行驶的动车组发出一频率为f0、持续时间为Δt0的通讯信号，与动车组行驶方向在同一直线上的通信基站A、B接收到信号的频率和持续时间分别为fA、ΔtA和fB、ΔtB，下列判断正确的是(　　) A．fA>f0，ΔtA<Δt0 B．fA<f0，ΔtA>Δt0 C．fB>f0，ΔtB>Δt0 D．fB<f0，ΔtB<Δt0 答案：A 解析：根据多普勒效应，远离波源的接收者接到的频率变小，接近波源的接收者接收到的频率变大，则fA>f0，fB<f0，故TA<T0，TB>T0，所以ΔtA<Δt0，ΔtB>Δt0，故选A。 学生用书第92页 学科网（北京）股份有限公司 $$