5.多普勒效应-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册创新导学案全书Word（人教版2019）

物理　选择性必修 第一册 RJ 5．多普勒效应 1．了解多普勒效应，初步理解多普勒效应的产生原因。2.能运用多普勒效应解释一些物理现象，了解多普勒效应的应用。 任务　多普勒效应 仔细听急救车的鸣笛声，你会发现一个现象：当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会由高变低。回想初中物理知识，声音的音调由什么决定？ 急救车在你身边没有开动时，听到鸣笛声的音调并没有变化。那么上述现象是什么引起的？ 提示：由声波的频率决定。 波源与观察者相互靠近或者相互远离时，导致接收到的波的频率发生变化而引起的。 1．多普勒效应的定义：波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象。 2．多普勒效应产生的原因 (1)当波源与观察者相对静止时，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。 思考：只要观察者与波源发生相对运动，就会产生多普勒效应，这种说法对吗？为什么？ 提示：不对，如果观察者绕着波源做圆周运动，虽然两者间发生了相对运动，但观察者接收的频率与波源发出的频率依然相等，并未发生多普勒效应。 判一判 (1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。(　　) (2)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。(　　) (3)只有横波才能发生多普勒效应。(　　) (4)只有声波才能发生多普勒效应。(　　) (5)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。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ (多选)如图所示，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．振针在向右移动 B．振针在向左移动 C．在A处的观察者，接收到的水波频率变小 D．在A处的观察者，接收到的水波频率变大 [解析]　振针前进方向上的水波变得密集，在其移动反方向的水波变得稀疏，因此振针在向右移动，故A正确，B错误；波源远离观察者时，观察者接收到的频率变小，故C正确，D错误。 [答案]　AC 1．完全波：波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波。频率表示单位时间内完成的全振动的次数。因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数。接收的频率等于单位时间内观察者接收的完全波的个数。 2．用波形图解释多普勒效应 相对位置 图示 结论 波源S和A处观察者相对静止 f波源＝f观察者 波源S不动，观察者运动，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者；若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者 A处观察者不动，波源S运动，由S→S′ f波源＜f观察者 (多选)老师把发出固定频率声音的蜂鸣器固定在竹竿上，举起并在头顶做圆周运动。如图，当蜂鸣器从A转动到B的过程中，下列说法正确的是(　　) A．甲同学听到蜂鸣器声音的频率在增大 B．甲同学听到蜂鸣器声音的频率在减小 C．乙同学听到蜂鸣器声音的频率在增大 D．乙同学听到蜂鸣器声音的频率在减小 [解析]　蜂鸣器从A转动到B的过程中，蜂鸣器远离甲同学，根据多普勒效应可知，甲同学听到蜂鸣器声音的频率在减小，A错误，B正确；蜂鸣器从A转动到B的过程中，蜂鸣器靠近乙同学，根据多普勒效应可知，乙同学听到蜂鸣器声音的频率在增大，C正确，D错误。 [答案]　BC 任务　多普勒效应的应用 1．测车辆速度：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．测血流速度：医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。 3．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，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。 公路巡警车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，巡警车向前方在同一车道上的一辆轿车发出一束已知频率的电磁波，结果该电磁波被此辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。 (1)此现象属于________。 A．波的衍射 B．波的干涉 C．多普勒效应 D．波的反射 (2)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？ (3)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的电磁波频率应怎样变化？ [解析]　(1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，此现象属于多普勒效应，故选C。 (2)因巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，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，可判断轿车车速比巡警车车速大，故轿车超速。 (3)若轿车以20 m/s的速度行进，则v轿<v警，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的电磁波频率应变大。 [答案]　(1)C　(2)超速　(3)变大 课后课时作业 知识点一　多普勒效应 1．关于多普勒效应，下列说法正确的是(　　) A．只要波源在运动，就一定能观测到多普勒效应 B．只要观察者在运动，就一定能观测到多普勒效应 C．只有声波会发生多普勒效应 D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应 答案：D 解析：若波源与观察者一起同方向、同速度运动，则观察者观测不到多普勒效应，A、B错误；机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应，C错误，D正确。 2．分析下列物理现象： (1)夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝； (2)“闻其声而不见其人”； (3)围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音； (4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高。 这些物理现象分别属于波的(　　) A．反射、衍射、干涉、多普勒效应 B．折射、衍射、多普勒效应、干涉 C．反射、折射、干涉、多普勒效应 D．衍射、折射、干涉、多普勒效应 答案：A 解析：(1)夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，是由于声音在云层间来回传播，这是声波的反射现象；(2)“闻其声而不见其人”，听到声音，却看不见人，这是声波的衍射现象；(3)围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音，音叉发出两个频率相同的声波相互叠加，从而出现振动加强区与减弱区，这是声波的干涉现象；(4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高，音调变高就是频率变高，这是多普勒效应现象。故A正确。 3．(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，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，她向右运动时，她与波源之间相互靠近，根据多普勒效应，她感到哨声音调变高，故A正确，C错误；反之女同学向左运动时，她感到哨声音调变低，故D正确，B错误。 4.在t＝0时刻，两辆汽车甲、乙到十字路口O处的距离分别为x甲和x乙。两车分别以速率v甲和v乙沿水平的、相互正交的公路匀速前进，如图所示。汽车甲持续地以固定的频率f0鸣笛，则在任意时刻汽车乙的司机所检测到的笛声频率将如何变化(已知声速为u，且有u>v甲，u>v乙)(　　) A．当两车均向O运动(在到达O之前)时，乙司机接收到的频率一定比波源发出的频率低 B．当两车均向O运动(在到达O之前)时，乙司机接收到的频率可能等于波源发出的频率 C．当两车均向远离O的方向运动时，乙司机接收到的频率一定比波源发出的频率低 D．当两车均向远离O的方向运动时，乙司机接收到的频率一定比波源发出的频率高 答案：C 解析：当两车均向O运动(在到达O之前)时，两车相互靠近，根据多普勒效应可知，乙司机接收到的频率一定比波源发出的频率高；当两车均向远离O的方向运动时，两车相互远离，根据多普勒效应可知，乙司机接收到的频率一定比波源发出的频率低，故A、B、D错误，C正确。 5．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用的是超声脉冲导航，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的发射频率为39000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，下列判断正确的是(　　) A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39000 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39000 Hz 答案：C 解析：由于蝙蝠正向墙壁靠近，所以墙壁接收到的超声脉冲频率大于39000 Hz，A错误；墙壁反射超声脉冲时，蝙蝠继续向墙壁运动，故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，则一定大于39000 Hz，所以C正确，B、D错误。 6.如图所示，以地面监测站为参考系中，绕地心顺时针运动的中国空间站持续发出频率为f的监测电波，地面监测站先后接收到空间站通过A、B位置时的信号频率分别为fA、fB，则(　　) A．fA>f>fB B．fA<f<fB C．fA＝fB<f D．fA＝fB＝f 答案：A 解析：由题意可知，空间站绕地心顺时针运动先后经过A、B位置，先靠近地面监测站后远离监测站，根据多普勒效应，地面监测站接收到的信号频率在靠近过程大于f，在远离过程小于f，因此fA>f>fB，故A正确。 7．一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为0.8 m的圆周(圆心为O点)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，则观察者接收到(　　) A．声源在A点时发出声音的频率等于600 Hz B．声源在B点时发出声音的频率等于600 Hz C．声源在C点时发出声音的频率等于600 Hz D．声源在D点时发出声音的频率小于600 Hz 答案：B 解析：根据多普勒效应，当声源和观察者相向运动时，观察者接收到的频率大于声源的频率，当声源和观察者反向运动时，观察者接收到的频率小于声源的频率，将声源运动到A、B、C、D四个点时相对于观察者的速度方向画出，可知声源在A点接近观察者，在C点远离观察者，在B、D两点的速度方向垂直O点与观察者的连线，即在B、D两点声源既不接近观察者也不远离观察者，所以在A点观察者接收到的频率大于声源的频率，在C点观察者接收到的频率小于声源的频率，在B、D两点观察者接收到的频率等于声源的频率，故B正确，A、C、D错误。 知识点二　多普勒效应的应用 8．(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应(　　) A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度 B．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理 C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去 答案：ABD 解析：凡是波都具有多普勒效应，因此可以利用光波的多普勒效应测定遥远天体相对地球的运动速度，故A正确；交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动的汽车反射回来时，交通警察接收到的波的频率会发生变化，根据频率的变化可知汽车的速度，利用了波的多普勒效应，故B正确；铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况，利用了声波在固体中传播得更快，故C错误；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，利用了波的多普勒效应，故D正确。 9．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。 10．医用彩色B超可以利用超声波多普勒效应测量人体血液流向和流速，在彩色多普勒超声图像中，红色代表朝向探头的血流，蓝色代表背离探头的血流，亮度高表示血流速度较快，亮度低表示血流速度较慢。当超声波探头在皮肤表面固定不动时，对于彩色多普勒超声图像，下列说法正确的是(　　) A．红色时，接收波的频率比发射波的频率大 B．蓝色时，接收波的波长比发射波的波长短 C．亮度高时，接收波的波速比发射波的波速小 D．亮度低时，接收波的波长比发射波的波长长 答案：A 解析：机械波在介质中的传播速度由介质本身决定，与机械波的频率无关，故亮度高时，接收波的波速与发射波的波速相等，C错误。红色代表朝向探头的血流，蓝色代表背离探头的血流，根据多普勒效应，红色时，接收波的频率比发射波的频率大；蓝色时，接收波的频率比发射波的频率小，由λ＝可知，接收波的波长比发射波的波长长，故A正确，B错误。由A、B项解析可知，亮度低时，若为红色则接收波的波长比发射波的波长短，若为蓝色则接收波的波长比发射波的波长长，D错误。 11．如图所示，产生机械波的波源O做匀速运动，图中圆表示波峰，已知波源振动的频率为f0，则下列说法正确的是(　　) A．该图表示波源正在向A点移动 B．观察者在A点接收波的频率是定值且大于f0 C．观察者在B点接收波的频率是定值且大于f0 D．观察者在C点或D点接收波的频率是定值且大于f0 答案：C 解析：根据对多普勒效应的理解，该图表示波源正在向B点移动，故A错误；波源与A点的距离随时间均匀增大，故观察者在A点接收波的频率是定值且小于f0，B错误；波源与B点的距离随时间均匀减小，故观察者在B点接收波的频率是定值且大于f0，C正确；波源与C点或D点的距离随时间非均匀增大，故观察者在C点或D点接收波的频率不是定值且小于f0，D错误。 12.轮船在进港途中的x­t图像如图所示，则在港口所测的轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项中的(　　) 答案：A 解析：轮船匀速靠近港口的过程中，在港口测量到的轮船上雾笛发出声音的频率不随时间变化，但轮船速度大时所测声音频率大，由x­t图像可知，轮船靠近港口的三段时间内的速度大小v1>v3>v2，可知所测声音的频率f1>f3>f2，故A正确，B、C、D错误。 13.如图为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，则观察者在这1 s内接收到________个完全波。设波速为340 m/s，则要让观察者完全接收不到波，他每秒要运动________ m。 答案：19　340 解析：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，就等于观察者接收到的波的频率。如果观察者不动，则1 s内，观察者接收的完全波的个数应为20个，由题图可知，当观察者从A运动到B的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只接收到19个完全波。要想让观察者完全接收不到波，他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源，由s＝vt得s＝340×1 m＝340 m，即观察者每秒要远离波源340 m。 9 学科网（北京）股份有限公司 $$