3.5 多普勒效应 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

nullnullnullnull3.5 多普勒效应 1 从你身边疾驰而过的两种交通工具鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事？ 现象：当火车向你驶来时，感觉音调变高；当火车离你远去时，感觉音调变低。（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低）． 1842年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了上面描述的现象。 1、内容：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应. 一、多普勒效应 奥地利物理学家多普勒（1803——1853） 1、内容：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应. 一、多普勒效应 2、多普勒效应原理 知识储备 （1）波源的频率（v）：单位时间内波源发出的完全波的个数。单位：赫兹，Hz。 （2）接收到的频率（v’）：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。单位：赫兹，Hz。 （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。 1、内容：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应. 一、多普勒效应 2、多普勒效应原理 ①、解释：当波源与观察者有相对运动时，将发生多普勒效应 如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大； 如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小。 注意： （1）在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化． （2）多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应． 2.波源不动，观察者以速度u相对介质运动。 1.观察者与波源都静止,波速为v0: a.观察者朝向波源运动 b.观察者远离波源运动 f源=f听 f听= f听= 观察者运动,使观察者感受到的波速发生变化。 f源= =f源 =f源 ②、拓展 f听= 接收的频率增大 接收的频率减小 S u f听= 3.波源运动,使观察者感受到的波长发生变化。 思考1:若波源运动的速度等于波传播的速度会怎么样？ 波源速度趋于波速,所有波面在一点相切,接收频率趋于无穷大。 S u 思考2:若波源运动的速度大于波传播的速度会怎么样？ 当波源在介质中的运动速度大于波在介质中的传播速度时，这时波源（物体）本身的运动会激起介质的扰动，激起另一种波，此时的运动物体充当了另一种波的波源，这种波是一种以运动物体的运动轨迹为中心 的一系列球面波。由于球面波的波速u比物体的运动 速度vs小，所以就会形成如下图的V形锥面波，这种 波叫做击波。击波的包络面成圆锥状，并称之为马赫锥。 突破音障进入超音速后，从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来这股震波有如爆炸一般，故称为音爆或声爆 。 突破音速的瞬间 例1、(多选)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为0.80 m的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图所示，下列判断正确的是 （ ） A.观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600 Hz B.观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600 Hz C.观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600 Hz D.观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600 Hz AB 变1 、如图所示，产生机械波的波源从点开始做匀速运动，图中圆表示波峰，已知波源振动的频率为，则下列说法正确的是( ) C A. 该图表示波源正在向点移动 B. 观察者在点接收到的波的频率是定值且大于 C. 观察者在点接收到的波的频率是定值且大于 D. 观察者在点或点接收到的波的频率是定值且大于 变式2（多选）如图所示，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿轴正方向传播，波速。为了接收信号，在处设有一接收器（图中未标出）。已知时，波已经传播到处，则下列说法中不正确的是( ) BC A. 波源振动的周期为 B. 处的质点在时位移最大 C. 接收器在时才能接收到此波 D. 若波源向轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于 二：多普勒效应的应用 2.用多普勒效应测量其它星系向着还是远离地球运动的速率 3.临床上应用多普勒效应:彩色多普勒超声诊断系统 1.雷达测速仪 4.军事应用脉冲多普勒雷达，多谱勒导航仪等 情境探究1 ：两列高速列车在同一轨道上，列车 A 和列车 B均静止，列车 A发出一鸣笛声，若持续时间为t=2s，空气中的声速为v=340 m/s，则列车B上的乘客听到鸣笛声持续的时间为多少? 【解析】 声音的传播速度取决于介质，鸣笛声持续2s的时间，则在空气中声音传播的总长度为s=vt=340m/s×2s=680 m 声音完全经过列车 B上的乘客所需的时间即为 列车 B上的乘客听到鸣笛声持续的时间为 情境探究2 ：两列高速列车在同一轨道上，列车B静止，列车A以v2=85 m/s的速度驶向列车B，列车 A 发出一鸣笛声，若持续时间为t=2s，空气中的声速为v1=340 m/s，则列车B上的乘客听到鸣笛声持续的时间为多少? 【解析】 鸣笛声持续 2s的时间内，声波最前端向右运动的路程为s1=v1t=680 m 列车 A 相对列车 B运动的路程为s2=v2t=85 m/s×2 s=170 m 则在空气中声音的总长度为s=s1-s2=680 m-170 m=510 m 声音完全经过列车 B上的乘客所需的时间即为 列车 B上的乘客听到鸣笛声持续的时间为 情境探究3 ：两列高速列车在同一轨道上，列车 B静止，列车A以v2=85 m/s的速度驶离 B车，列车 A 发出一鸣笛声，持续时间为t=2s，空气中的声速为v=340 m/s，则列车B上的乘客听到鸣笛声持续的时间为多少? 【解析】 声音的传播速度取决于介质，鸣笛声持续2s的时间，声音最前端向右运动的路程为s1=v1t=680 m 列车 A 相对列车 B运动的路程为s2=v2t=85 m/s×2 s=170 m 则在空气中声音的总长度为s=s1+s2=680 m+170 m=850 m 声音完全经过列车 B上的乘客所需的时间即为 列车 B上的乘客听到鸣笛声持续的时间为 $$多普勒效应。我们用水波来演示多普勒效应的发生。当波源位置固定时，波向四周，传播情况相同。当波源移动时，前方波变密，即波长变短，频率变高。后方波变疏，即波长变长，频率变低。变换波源的移动方向，可以看到同样的现象。声源和观察者都静止时，观察者单位时间里接收到一定数量的完整波。当声源向观察者运动时，可以看到单位时间里观察者接受到的完整波的数量增多，听到的声音的频率升高。当声源远离观察者运动时，可以看到单位时间里观察者接受到的完整波的数量减少，听到的声音的频率降低。