第三章 6 多普勒效应(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本讲义聚焦多普勒效应的概念、成因及应用这一核心知识点，从警车鸣笛的生活情境切入，通过“音调变化及原因”问题链引导思考，系统解析定义与成因，结合圆周运动蜂鸣器、测速仪等例题深化理解，再以彩超、天体红移等应用案例及分层练习题巩固，构建“现象-问题-原理-应用-巩固”的学习支架。 该资料以情境化问题驱动科学探究，通过警车鸣笛、蜂鸣器圆周运动等实例帮助学生建立运动与相互作用的物理观念。设计“相对运动是否一定产生多普勒效应”等辨析题与例题分析，培养科学推理与质疑创新的科学思维。课中借助生活化情境提升教学效率，课后通过分层练习题助力学生查漏补缺，强化知识迁移能力。

6　多普勒效应 [学习目标]　1.通过观察和分析知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应的形成原因(重点)。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物理现象。 一、多普勒效应 警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化。思考下列问题： (1)你听到警笛的音调有何不同？ (2)实际上警笛的音调会变化吗？ (3)听到音调发生变化的原因是什么？ 答案　(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低； (2)实际上警笛的音调不会变化； (3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增加；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化。 1．多普勒效应：当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同的现象。 2．多普勒效应产生的原因 (1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同。 (2)当观测者与波源二者相互接近时，接收到的频率将大于波源振动的频率；当二者远离时，接收到的频率将小于波源振动的频率。 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？ 答案　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。 例1　(2023·兰州一中期中)关于多普勒效应，下列说法正确的是(　　) A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化 C．当观察者和波源运动速度相同时，会发生多普勒效应 D．只有声波才能发生多普勒效应 答案　B 解析　当波源与观察者之间有相对运动且两者间距发生变化时会发生多普勒效应，而观察者与波源运动速度相同时，两者不发生相对运动，不会产生多普勒效应，选项C错误；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，选项A错误，B正确；多普勒效应不仅适用于声波，也适用于其他类型的波，如光波或电磁波，选项D错误。 例2　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。如图所示，小明现用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速做匀速圆周转动，蜂鸣器从A转动到B的过程中，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与观察者之间发生了相对运动，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。 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，如图所示 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，如图所示 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′，如图所示 f观察者>f波源 音调变高 2.成因归纳 (1)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。 (2)发生多普勒效应时，波源的频率保持不变，只是观察者接收到的频率发生了变化。 二、多普勒效应的应用 1．利用超声波检测血流速度：将超声波辐射到体内，它被流动的血液反射，回波发生频率的变化，根据频率变化量可得出血液流速信息；再给血流信号加上色彩，显示在屏幕上，即可实时观察体内血流状态，这就是现在所说的彩色超声波检测仪，简称彩超。 2．在天文学上，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远天体相对于地球的运动速度。当星球靠近我们时所观察的现象称为“蓝移”现象，远离时称为“红移”现象。 3．测速度：交警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。利用多普勒测速仪还可以测量水在海底的流速，为养殖场寻找适合贝类生长的场所。 例3　(多选)(2023·辽宁朝阳市高二期末)目前，多普勒效应已在科学研究、工程技术和医疗诊断等各方面有着十分广泛应用。关于多普勒效应，下列说法正确的是(　　) A．有经验的战士从炮弹飞行的“尖叫”声就能判断飞行的炮弹是接近还是远去 B．医院检查身体血液流动速度的“彩超”运用了多普勒效应原理 C．某一遥远星球离地球远去，那么地球上接收到该星球发出光的波长变小 D．高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的 答案　ABD 解析　利用声波的多普勒效应，有经验的战士可以从炮弹飞行时的“尖叫”声判断炮弹是接近还是远去，A正确；医院检查身体的“彩超”是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，其运用了多普勒效应原理，B正确；某一遥远星球离地球远去，根据多普勒效应，从地球上接收到该星球发出光的频率减小，则波长变长，C错误；根据物体远离或靠近声源，接收到的频率的变化能够测出物体运动的速度大小，即高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的，D正确。 例4　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电磁波，该电磁波被轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。 (1)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？ (2)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的波的频率应怎样变化？ 答案　(1)超速　(2)比发出时高 解析　(1)巡警车接收到的频率低，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，以100 km/h的速度在轿车后面行驶，可判断轿车车速比巡警车车速大，故轿车超速。 (2)若该轿车以20 m/s的速度行进，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的频率应比发出时高。 课时对点练　[分值：60分] 1～7题每题5分，共35分 考点一　多普勒效应 1．(2023·上海市嘉定区第一中学高二期中)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(频率)一定比原来高的是(　　) A．观察者静止，火车离他驶去 B．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 C．火车运动，观察者乘汽车迎着火车运动 D．火车运动，观察者乘汽车远离火车运动 答案　C 解析　根据多普勒效应，当观察者与声源相对靠近时，观察者接收到的频率增大，当观察者与声源相对远离时，观察者接收到的频率减小，观察者与声源相对静止时，观察者接收到的频率与声源的频率相等，可知上述情景中只有火车运动，观察者乘汽车迎着火车运动时，两者相对靠近，此时观察者听到这个乐音的音调(频率)一定比原来高，故选C。 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 答案　BC 解析　渔船向鱼群发出超声波，波速由介质决定，所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比，波速不变；根据多普勒效应知，声源移向观察者时，观察者接收到的波的频率变高，所以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频率变高。故B、C正确。 3．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率。若u增大，则(　　) A．f增大，v增大 B．f增大，v不变 C．f不变，v增大 D．f减小，v不变 答案　B 解析　由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率f增大，故B项正确。 4. 如图所示是产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。下列说法中错误的是(　　) A．该图表示的是多普勒现象 B．此时波源正在向A观测者靠近 C．C、D两位观测者此时接收到的频率和波源发出的频率相等 D．B观测者此时接收到的频率小于波源发出的频率 答案　C 解析　题图表示由波源移动而引起的多普勒效应，故A正确，不符合题意；由题图可知，波源向A观测者靠近，故B正确，不符合题意；波源与C、D观测者间的距离不断增大，故接收到的频率小于波源发出的频率，故C错误，符合题意；波源与B观测者的距离不断增大，故B观测者接收到的频率小于波源发出的频率，故D正确，不符合题意。 考点二　多普勒效应的应用 5．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，再通过因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，表明两车距离增大 D．当f′<f时，表明两车距离减小 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，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，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，故D错误。 6．(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 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，选项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，选项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，故D错误。 7．(多选)(2020·全国卷Ⅰ改编)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　) A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声 B．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低 C．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同 D．天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化 答案　BD 解析　看到闪电后，过一会儿才能听到雷声，是光和声音在空气中的传播速度不同造成的，故A错误；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调变低是由于列车与观察者的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，故B正确；声波在空气中和水中的传播速度不同，是由于进入不同介质，波长发生变化引起的，故C错误；观察者与双星的距离发生变化，接收到的频率发生变化，产生周期性变化的光谱，属于多普勒效应，故D正确。 8～10题每题6分，11题7分，共25分 8．(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，她都会靠近声源，根据多普勒效应，她都感觉哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感觉音调变低，选项A、D正确，B、C错误。 9．平直公路上，汽车正在匀速远离多普勒测速仪，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，下列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　汽车正在匀速运动，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的，由于是远离测速仪，汽车反射波的频率应该小于测速仪发出波的频率，选项D正确。 10．(2023·南昌一中月考)轮船在进港途中与港口间的距离随时间变化规律如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项图中的(　　) 答案　A 解析　轮船匀速靠近港口的过程中，测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关系为v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，选项A符合题意。 11. 如图所示，O为地球赤道上的测控站，P为地球静止卫星，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，O接收到P、Q发射的无线电信号频率分别为f2和f3，下列说法正确的是(　　) A．f2>f1 B．f2<f1 C．f3>f1 D．f3<f1 答案　C 解析　P为地球静止卫星，则角速度等于地球自转的角速度，则P、O间的距离保持不变，则f2＝f1，根据G＝mω2r，可得ω＝，可知Q的角速度大于地球自转的角速度，结合题图可知，Q与O的距离在减小，根据多普勒效应可知f3>f1，故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $