第3章 第6节 多普勒效应-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用Word(教科版)

第6节　多普勒效应 1．知道什么是多普勒效应，了解产生多普勒效应的原因。　2.能运用多普勒效应解释一些物理现象。 3．了解多普勒效应的应用。 一、多普勒效应 1．定义：当观测者和波源之间有__________运动时，观测者测得的频率与波源频率______________。这一现象被命名为多普勒效应。 2．多普勒效应产生的原因 (1)波源与观测者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____________，所以观测者接收到的频率和波源的振动频率__________。 (2)波源相对于介质静止不动，观测者相对于波源运动。当观测者朝着波源运动时，测得的频率________波源振动的频率；当观测者远离波源运动时，测得的频率________波源振动的频率。 (3)观测者相对于介质静止，波源相对于观测者运动，当二者相互________时，接收到的频率大于波源的频率；当二者________时，接收到的频率小于波源的频率。 二、多普勒效应的应用 1．交通：大城市中的一些路段通常需限制车速，如学校附近，在公路上安装多普勒测速仪便可监视到过往车辆的行驶速度是否符合要求。 2．医疗：医院里用的____________通过测定________________，可以检查血管病变。 3．天文学：由地球接收遥远天体发出的光波的________可以判断遥远的天体相对于地球的运动速度。 判断下列说法是否正确。 (1)产生多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化。(　　) (2)我们在剧场听演唱会时，听到的声音频率与声源的频率是不一致的。(　　) (3)人与波源有相对运动时，接收到的频率一定发生变化。(　　) (4)只有横波才能发生多普勒效应。(　　) (5)波源与观察者相互远离时，观察者感觉到的频率变小。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ [答案自填] 相对　不同　相同　相同　大于　小于　接近　远离　彩超　血液流速 频率 知识点一　多普勒效应 1．生活中我们能否从飞机轰鸣声调的高低，判断它是从远处飞来，还是掠过头顶而去？ 2．站在马路边，一辆响着喇叭的汽车从身边驶过。你听到的喇叭音调是否变化？ 提示：1.能　2.变化 1．波源频率 波源的频率等于单位时间内波源发出的完整波的个数。 2．观察者接收到的频率 发生多普勒效应时，波源的频率并没有变化，是接收者接收的频率(单位时间内接收到的完整波的个数)发生变化(大于或小于波源频率)。 3．发生多普勒效应的几种情况 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止不动 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→S1 f观察者>f波源，音调变高 (2024·甘肃白银联考)宇宙中的星球都在不停地运动。测量某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，就可以算出该星球靠近或远离我们的速度，其运用的原理是(　　) A．多普勒效应　　　 　 B．波的叠加 C．波的衍射 D．波的干涉 [解析]　星球靠近或远离我们时，会产生多普勒效应，当地球上测量者接收到的频率小于发出频率时，星球远离我们；若接收到的频率大于发出频率时，则星球靠近我们，并能算出星球靠近或远离我们的速度，故A正确，B、C、D错误。 [答案]　A (多选)(2023·淮安市新马中学高二期末)如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，据图乙，下列关于女同学的感受说法正确的是(　　) A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高 B．女同学在点C向左运动时，她感觉哨声音调变低 C．女同学在点C向右运动时，她感觉哨声音调不变 D.女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高 [解析]　女同学从A向B运动过程中，她在靠近声源，根据多普勒效应，她感觉到哨声音调变高，A正确；女同学在C点向左运动时，她在远离声源，她感觉到音调变低，B正确；女同学在C点向右运动时，她在靠近声源，根据多普勒效应，她感觉到哨声音调变高，C错误；女同学从E向D运动过程中，她在远离声源，她感觉到音调变低，D错误。 [答案]　AB (多选)一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生的波的情况如图所示，则(　　) A．该波源正在移向a点 B．该波源正在移向b点 C．在a处观测波的频率变低 D．在b处观测波的频率变低 [解析]　波源在某一位置产生一列波后，该波以该位置为球心，以波速作为传播速度向外传播。波的半径大，表示产生时间早，传播时间长。对照图示，可确定出波源由右向左移动，故A正确，B错误。由于观测者不动，故波经过观测者的速度等于波速，而在a处观测时，相邻波的间距比波源不动时的间距小，因而经过观测者时间的间隔短，频率大，同理在b处时间间隔长，频率小，故C错误，D正确。 [答案]　AD 知识点二　多普勒效应的应用 1．应用 (1)多普勒测速仪 ①用途 测定汽车的行驶速度，判断车辆是否超速。 ②原理：测速仪向行进的汽车发射某个频率的无线电波，无线电波遇到车辆发生反射，车辆相当于反射波的波源。测速仪接收到反射波，通过分析反射波的频率就可显示出车辆的行驶速度。 (2)彩色超声多普勒诊断仪(彩超) 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，测出反射超声波的频率变化，就可算出血流的速度。 (3)电磁波监测站 ①用途 跟踪目的物(如导弹、云层等)。 ②原理 当目标从远处飞向地面监测站上空，或从地面监测站上空飞向远处时，如果监测站不断发射恒定频率的电磁波，由于多普勒效应，地面监测站接收到的反射波频率会发生相应的变化。根据这种变化，就可确定目标的距离、方位、速度等。这在军事、航天、气象预报等领域有着广泛的应用。 2．超声波 频率高于20 000 Hz的声波称为超声波，与能听到的声音相比，超声波有两个特点：一是可以比较容易地产生大功率的声波；二是它几乎沿直线传播。 (2023·北京北二外附中期末考试)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，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与目标间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，接收到的反射波的频率为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 [解析]　当波源和观察者之间的距离不变时，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，两车距离减小，则前车在减速行驶，故C错误；当f′<f时，说明接收到的频率减小，两车距离增大，则前车在加速行驶，故D错误。 [答案]　A 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，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，此现象为多普勒效应。 (2)因警车接收到的电磁波频率低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比警车车速大，故该轿车超速。 (3)若该车以20 m/s的速度行进时，此时警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应增大。 [答案]　(1)C　(2)超速　(3)增大 1．(多普勒效应)(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。若鱼群正向渔船靠近，根据声波的多普勒效应，声源移向观察者时接收到的频率变高，所以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。 2．(多普勒效应)当火车进站鸣笛时，我们在车站听到的声音的频率和音调(　　) A．变低，变高 B．不变，变高 C．变高，变高 D．不知声速和火车车速，不能判断 解析：选C。火车进站鸣笛时，声源与观察者距离减小，观察者感受到的频率变高，音调变高。 3．(多普勒效应)(2024·江苏徐州统考期中)如图所示，静止的雷达测速仪a向迎面驶来的汽车b发射超声波，该超声波被汽车反射后又被a接收到，测速仪a接收的超声波与其直接发出的超声波相比(　　) A．频率变小　　　　　 B．频率变大 C．波速变小 D．波速变大 解析：选B。波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的超声波与雷达测速仪发出的超声波相比波速不变；根据多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变大。 4．(多普勒效应的应用)(多选)(2023·湖北孝感期中)1842年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时注意到了一种现象。他经过认真的研究，发现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，人们把这种现象叫作多普勒效应(Doppler effect)。多普勒效应在科学技术中有广泛的应用，下列物理现象应用了多普勒效应的是(　　) A．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 B．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。这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变 C．宇宙中的星球都在不停地运动。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 D．两列水波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动特征，继续传播，就像没有跟另一列水波相遇一样 解析：选ABC。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，利用了多普勒效应，故A符合题意；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，这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变，利用了多普勒效应，故B符合题意；宇宙中的星球都在不停地运动，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，利用了多普勒效应，故C符合题意；两列水波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动特征，继续传播，就像没有跟另一列水波相遇一样，说明波的传播具有独立性，与多普勒效应无关，故D不符合题意。 学科网（北京）股份有限公司 $