3.5 多普勒效应 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

5.多普勒效应 多普勒效应 1.音调与响度 (1)音调：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低. (2)响度：响度由振幅决定，振幅大则响度大，振幅小则响度小. 2.多普勒效应 由于波源与观察者之间有相对运动，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象，这种现象叫作多普勒效应，它是奥地利物理学家多普勒在1842年首先发现的. 3.多普勒效应产生的原因 (1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，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波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观测到的频率增大. (3)同理可知，波源与观察者互相远离时，观察者观测到的频率减小. 多普勒效应的应用 1.测量车辆的速度 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，通过分析反射波频率的变化就可以测量车辆的行驶速度. 2.测天体速度 通过测量天体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，就可以算出此天体相对地球的运动情况. 3.医疗 医院里通过用超声波测定血流的速度，可以检查心脏、大脑、眼底等处的血管病变. 多普勒效应的理解 (1)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波源完成全振动的次数.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.以声波为例，观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率决定的，即单位时间内接收到的完全波的个数决定的. ①波源和观察者间相对距离不变：观察者接收到的频率等于波源的频率. ②波源和观察者间相对距离发生变化：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即接收到的频率发生变化.波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小. (2)多普勒效应的特点 ①多普勒效应是指所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波的强度发生变化的现象，要正确区分频率和强度这两个物理量. ②观察者垂直于波的传播方向移动时，不产生多普勒效应. ③波的传播速度不因波源的移动而改变. (3)多普勒效应的普遍特性：不是只有机械波会产生多普勒效应，电磁波也会产生这一现象. 关于多普勒效应，下列说法正确的是 (　　) A.多普勒效应是由于波的叠加引起的 B.当观察者匀速远离波源时，观察者接收到的波的频率会变小 C.当波源向观察者匀速靠近时，波源的频率会变大 D.只有声波才能发生多普勒效应 B 多普勒效应是由于观察者和波源间相对位置的变化而产生的，故A错误；当观察者匀速远离波源时，观察者接收到的波的频率会变小，故B正确；当波源向观察者匀速靠近时，观察者接收到的波的频率会变大，但波源的频率始终不变，故C错误；多普勒效应不仅仅适用于声波，也适用于其他类型的波，包括电磁波，故D错误.故选B. 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相对位置不变 f波源＝f观察者 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；若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者 观察者A不动，波源S运动，由S→A f波源＜f观察者 如图所示，产生机械波的波源从O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f，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B点接收到的波的频率是定值且大于f C.观察者在C点接收到的波的频率是定值且大于f D.观察者在O点接收到的波的频率是定值且大于f B 根据多普勒效应产生的原因可知，该图表示波源正在向B点移动，故A错误； 在波的传播方向上，当波源接近观察者时，观察者接收到的频率一定比波源振动的频率高，当波源远离观察者时，观察者接收到的频率一定比波源振动的频率低，则观察者在C点和O点接收到的波的频率小于f，观察者在B点接收到的波的频率是定值且大于f，故B正确，C、D错误. 波在同一介质中传播速度相等，波长长则频率小，波长短则频率大；波源频率不变，接收到的频率大，说明观察者和波源距离减小，即二者相向运动. 多普勒效应适用于一切波，多普勒效应的判断方法：(1)确定研究对象(波源与观察者).(2)确定波源与观察者之间在波的传播方向是否有相对运动.若有相对运动，则能发生多普勒效应，否则不发生.(3)当两者相互远离时，观察者接收到的频率变小，相互靠近时，观察者接收到的频率变大，但波源的频率不变. 由波的图像来求解振动与由振动图像来求解波动 (1)从波的图像中可直接读取波长和振幅，结合所给的时间来计算波的周期(振动周期)，再来写出质点振动方程或画出振动图像. (2)从振动图像中可直接读取周期和振幅，结合所给的传播距离来计算波长，再画出波的图像. (3)由波的图像的群体质点在某一时刻的特征来分析某个质点在这个时刻以及以后的时刻的振动情况，由全体到局部把波的图像“翻译”成振动方程或振动图像. (4)由振动图像的个体质点在连续时间内的振动特征来分析群体质点在某个时刻的振动情况以及形成的波形图，由个体到局部把振动图像“翻译”成波的图像，最后来求解波的多解性问题. (5)熟练掌握波的传播方向与质点振动方向的互判方法，熟练掌握波的多解性问题的处理方法，加强对波的空间周期性与波动周期性(振动周期性)的理解. 在一列沿水平直线传播的简谐横波上有相距4 m的A、B两点，图甲和图乙分别是A、B两质点的振动图像.已知该波波长大于2 m，求这列波可能的波速. 若波由A向B传播，这列波的波速可能为 m/s或 m/s；若波由B向A传播，这列波的波速可能为40 m/s或8 m/s. 由振动图像得质点振动周期T＝0.4 s，若波由A向B传播，B点比A点晚振动的时间Δt＝nT＋T(n＝0，1，2，3，…)， 所以A、B间的距离为Δs＝vΔt＝Δt＝nλ＋λ(n＝0，1，2，3，…)， 则波长为λ＝＝ m(n＝0，1，2，3，…). 因为λ＞2 m，所以n＝0或1， 当n＝0时，λ1＝ m，v1＝＝ m/s， 当n＝1时，λ2＝ m，v2＝＝ m/s. 若波由B向A传播，A点比B点晚振动的时间Δt'＝nT＋T(n＝0，1，2，3，…)， 所以A、B间的距离为Δs＝v'Δt'＝Δt'＝nλ'＋λ'(n＝0，1，2，3，…)， 则波长为λ'＝＝m(n＝0，1，2，3，…). 因为λ＞2 m，所以n＝0或1， 当n＝0时，λ1'＝16 m，v1'＝40 m/s， 当n＝1时，λ2'＝ m，v2'＝8 m/s. $