第三章 机械波 第四节 多普勒效应(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（粤教版）

第四节　多普勒效应 核心素养导学 物理观念 知道多普勒效应的概念。 科学思维 (1)能解释多普勒效应。 (2)能分析多普勒效应的实际应用问题。 科学探究 用蜂鸣器演示多普勒效应。 一、认识多普勒效应 1.定义:如果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.产生的原因 (1)波源与观察者相对静止时,单位时间内通过观察者的完全波的个数是一定的,观察者观测到的频率等于波源振动的频率。 (2)波源与观察者相互靠近时,单位时间内通过观察者的完全波的个数增多,观察者观测到的频率大于波源的频率,即观察到的频率增大。 (3)波源与观察者相互远离时,观察到的频率减小。 [微点拨] 　　波源本身的频率没有变化。 二、多普勒效应的应用 1.修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车运行的方向和快慢。 2.交警可以利用多普勒测速雷达测出汽车的速度。 3.根据光的多普勒效应,由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率,可判断遥远天体相对地球的运动速度。 4.现代医学应用多普勒超声波对人体体内器官进行观察。 1.炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中,我们所听到的音调会发生怎样的变化?为什么? 提示:波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化,频率的变化会引起音调的变化,由于炮弹离我们先变近后变远,所以音调先变高后变低。 2.我国已经进入高铁时代,普通列车的时代已成过去。如图所示,列车匀速驶过,对于站在路旁的护路工人师傅,列车由远而近鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较高,远去的列车鸣喇叭时他会听到喇叭声的音调比较低。请思考这是什么现象?具体分析产生这种现象的原因? 提示:这属于多普勒现象,当列车靠近观察者时,频率增加,音调升高;当列车远离观察者时,频率减小,音调降低。 新知学习(一) 多普勒效应产生的原因分析 [重点释解] 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相对介质不动 f波源=f观察者,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波源<f观察者,音调变高;若远离波源,由A→C,则f波源>f观察者,音调变低 观察者A不动,波源S运动,由S→S1 f波源<f观察者,音调变高 2.成因归纳 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。 [典例体验] 　　[典例]　汽车无人驾驶技术已逐渐成熟,最常用的是ACC自适应航控制,它可以控制无人驾驶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有毫米波雷达,该雷达会发射和接收反射过的无线电波,再通过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,表明前车与无人驾驶车速度相同 B.当f=f'时,表明前车一定处于静止状态驾驶 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 [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,说明二者之间的距离不变,表明前车与无人驾驶车速度相同,但不一定静止,故A正确,B错误;当f'>f时,说明接收到的频率增大,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,说明接收到的频率减小,说明两车距离增大,表明前车在加速行驶,故D错误。 　　[答案]　A /方法技巧/ 发生多普勒效应的条件 　　(1)发生多普勒效应是由于波源与观察者发生了相对运动,当波源和观察者都运动但无相对运动时则不会发生多普勒效应。 (2)多普勒效应的产生不是取决于波源距离观察者有多远,而是取决于波源相对于观察者运动速度的大小和方向。 [针对训练] 1.有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的是声波的 (　 ) A.干涉现象　　　　　　　　　 B.衍射现象 C.多普勒效应 D.反射现象 解析:选C　据多普勒效应现象,当火车运动方向靠近养护人员时,他听到的声音音调较高,火车远离养护人员时,他听到的声音音调较低。 2.(多选)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比 (　 ) A.波速变大 B.波速不变 C.频率变高 D.频率不变 解析:选BC　渔船与鱼群发生相对运动,被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变;由多普勒效应知,反射回来的超声波的频率变高,故选项B、C正确。 新知学习(二) 多普勒效应的理解和应用 [任务驱动] 科学家利用多普勒效应对一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现,当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加,卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。 (1)波源的频率由谁决定? (2)观察者接收到的频率与哪些因素有关? 提示:(1)由波源本身决定。 (2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。 [典例体验] [典例]　公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波,如果该超声波被那辆轿车反射回来时: (1)若巡警车接收到的超声波频率比发出的低,轿车的速度满足的条件; 　　(2)若巡警车接收到的超声波频率比发出的高,轿车的速度满足的条件。 [解析]　(1)如果巡警车接收到的超声波频率比发出时低,由多普勒效应可知,巡警车与轿车在相互远离。又由于巡警车在后且车速恒定,所以轿车的速度大于100 km/h。 (2)如果巡警车接收到的超声波频率比发出时高,由多普勒效应可知,巡警车与轿车在相互靠近,同理可知,轿车的速度小于100 km/h。 [答案]　(1)轿车的速度大于100 km/h (2)轿车的速度小于100 km/h /方法技巧/ 观察者接收到的频率的判断 　　(1)声音的音调取决于频率,频率高则音调高,频率低则音调低。 (2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率大于波源频率,音调变高;反之,观察者接收到的频率小于波源频率,音调变低。 [针对训练] 1.(多选)下列选项与多普勒效应有关的是 (　 ) A.科学家用激光测量月球与地球间的距离 B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速 C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡 D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度 解析:选BD　A选项科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用了波的反射原理,故A错误;选项B、D利用了超声波的多普勒效应,故B、D正确;选项C利用了超声波波长短,穿透能力强的特点,故C错误。 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,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 解析:选AD　由题图可知,女同学荡秋千的过程中,只要她有向右的速度,她就在靠近声源,根据多普勒效应,她接收到的哨声频率变高,音调变高;反之女同学向左运动时,她感到音调变低。A、D正确,B、C错误。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉科学思维——多普勒效应成因分析 1.(选自人教版教材“思考与讨论”)固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动时拍得一幅如图所示的照片,显示出此时波的图样。由照片是否可知,振动片正在向图中哪个方向移动?单位时间内是水波槽左边接收完全波个数多还是右边接收完全波个数多? 提示:波源前进方向上水波变得密集,其反方向上变得稀疏,由图可知,振动片在向图中左侧移动,因波速不变,所以单位时间内水波槽左边接收完全波个数较多。 ◉科学探究——多普勒效应实验 2.(选自鲁科版教材“实验与探究”)用蜂鸣器等器材制作一个发声装置,可演示多普勒效应。为了保证安全,可将发声装置装入网球中,用结实的绳子捆绑好并在室外进行实验。 　　甲同学站在某位置,手持系有发声装置的绳子一端,使发声装置在头顶上空快速转动(如图),此时,乙同学站在离甲同学几米之外的位置上静止不动,甲、乙两同学听到蜂鸣器发出的声音音调有什么变化? 提示:转动蜂鸣器的同学甲由于与蜂鸣器的距离总保持不变,故该同学听到的声音的音调不发生变化;而站在旁边的乙同学由于离蜂鸣器的距离忽远忽近,听到的声音的音调也是忽低忽高。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.轮船在进港途中的x-t图像如图所示,则在港口所测到轮船上汽笛发出声音的频率是图中的哪一个 (　 ) 解析:选A　匀速靠近港口的过程中,测量到的频率不随时间变化,但速度大时频率大,由x-t图像可知,轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2,可知f1>f3>f2,故A正确。 2.如图所示,向左匀速运动的小车发出频率为f的声波,车左侧A处静止的人感受到的声波的频率为f1,车右侧B处静止的人感受到的声波的频率为f2,则 (　 ) A.f1<f,f2<f B.f1<f,f2>f C.f1>f,f2>f D.f1>f,f2<f 解析:选D　由题意可知,声源靠近A处的人,由多普勒效应可知,A处的人接收到声波的频率变大,即f1>f;声源远离B处的人,同理可知B处的人接收到声波的频率变小,即f2<f,选项D正确。 [课时跟踪检测] 1.下列关于多普勒效应的说法中,正确的是 (　 ) A.只要波源在振动,就一定能观察到多普勒效应 B.如果声源静止,就观察不到多普勒效应 C.只要声源在运动,观察者总是感到声音的频率变高 D.当声源相对于观察者运动时,观察者听到的声音的音调可能变高,也可能变低 解析:选D　只有当观察者与波源之间有相对运动时才发生多普勒效应,且两者相互远离时,观察者接收到的频率变小,两者相互靠近时,观察者接收到的频率变大,因此,只有D正确。 2.上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端,然后使蜂鸣器迅速水平旋转,蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化,下列判断正确的是 (　 ) A.旋转时蜂鸣器发声的频率变化了 B.由于旋转,改变了同学们听到的声音频率 C.蜂鸣器音调变高时,一定是向远离观察者的方向运动 D.音调的忽高忽低是由波的干涉造成的 解析:选B　旋转时蜂鸣器发声的频率没有变化,故A错误;旋转过程中,声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近,有时远,发生多普勒效应,蜂鸣器发出声波的频率不变,只是同学们感觉到的声音频率变化了,故B正确,D错误;当其远离观察者时,听到声音的频率变小,即音调变低,故C错误。 3.波源振动的频率为f0,波源在介质中运动时,波源的前方介质振动的频率为f1,波源后方介质振动的频率为f2,则三者的关系为 (　 ) A.f1=f2=f0 B.f1=f2>f0 C.f1=f2<f0 D.f2<f0<f1 解析:选D　f0由波源每秒所振动的次数决定,介质振动的频率由波源频率及波源相对介质的运动来决定。波源运动时,在波源的正前方介质振动的频率高于波源振动的频率,在波源的正后方介质振动的频率低于波源振动的频率。 4.(多选)下列关于多普勒效应的说法,正确的是 (　 ) A.只有声波才能发生多普勒效应 B.当观察者靠近声源时,听到声音的音调升高,说明声源的频率升高了 C.当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时,不会发生多普勒效应 D.火车离站时,站台上的旅客听到火车的汽笛音调降低 解析:选CD　多普勒效应是波动过程共有的特征,不仅是机械波,电磁波和光波也会发生多普勒效应,A项错误。发生多普勒效应时,声源的频率并没有发生变化,而是观察者接收到的频率发生了变化,B项错误。当波源和观察者以相同的速度同向运动时,两者之间无相对运动,不会发生多普勒效应,C项正确。火车离站时,站台上的旅客和火车相互远离,听到火车的汽笛音调降低,D项正确。 5.(多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波、同时探测反射波的频率。下列说法正确的是 (　 ) A.车辆匀速驶向停在路边的警车,警车探测到的反射波频率增高 B.车辆匀速驶离停在路边的警车,警车探测到的反射波频率降低 C.警车匀速驶向停在路边的汽车,探测到的反射波频率降低 D.警车匀速驶离停在路边的汽车,探测到的反射波频率不变 解析:选AB　波源靠近观察者,观察者接收到的频率就会变大,远离观察者,接收到的频率就会变小,故A、B正确。 6.(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。以下情况中,观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是 (　 ) 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 解析:选BD　当观察者与声源相互靠近时,观察者接收到的声波的频率增加,听到乐音的音调比原来要高;当观察者与声源相互远离时,观察者接收到的声波的频率降低,听到乐音的音调比原来降低了。综上所述,B、D正确。 7.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,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 解析:选C　蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离减小,所以墙壁接收到的超声脉冲频率增大,A错误;超声波被反射后频率不变,但传播方向和蝙蝠的运动方向相反,蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声波时,频率会更大,故C正确,B、D错误。 8.如图所示,一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况,则 (　 ) A.该波源正在移向A点 B.该波源正在移向B点 C.在A处观察波的频率变低 D.在B处观察波的频率不变 解析:选A　波源在某一位置产生一列波面后,该波面以该位置为球心,以波速作为传播速度向外传播,反之,由波面可确定出该波面的产生位置,即波源。波面半径大,表示产生时间早,传播时间长,对照题图,可确定出波源由右向左移动,故A正确,B错误;由于观察者不动,故波面经过观察者的速度等于波速,而在A处观察时,相邻波面间距比波源不动时间距小,因而经过观察者时间间隔短,频率大,同理在B处时间间隔长,频率小,故C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$