3.5 多普勒效应 讲义-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

多普勒效应 知识点一：多普勒效应 1．多普勒效应 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，观测到的频率增大；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率减小。 3．相对位置变化与频率的关系 相对位置 图示 结论(频率、音调、波面) 波源S和观察者A相对静止 f观察者＝f波源，音调不变 波源S不动，观察者运动，由A→B或A→C 由A→B，f观察者>f波源，音调升高 由A→C，f观察者<f波源，音调降低 观察者A不动，波源S运动，由S→S′，接近观察者或远离观察者 波源向哪运动，哪个方向波面被压缩较密集 接近观察者，f观察者>f波源，音调升高 远离观察者，f观察者<f波源，音调降低 4. 多普勒效应的理解 为简单起见，我们只讨论波源和观察者在二者的连接线上运动的情形． （1）波源与观察者相对于介质均静止的情况． 观察者所接收到的频率与波源的振动频率相同． （2）波源静止而观察者运动的情况． 若观察者朝波源运动，由于观察者迎着波传来的方向运动，使得观察者在单位时间内接收到的完全波的个数大于波源发出的完全波的个数，即观察者接收的频率高于波源频率。 ． 若观察者背离波源即顺着波的传播方向运动，观察者的接收频率低于波源频率． ． （3）观察者静止而波源运动的情况． 当波源向观察者运动时，波源在前进过程中，不断地发射出波，而已经发射出的波仍以波速前进，而后继波的波源地点（球面的中心）向前移动，所以波源前面的波面被挤紧，因此波面间隔减小了；波源后面的波面稀疏了，因此，波面间隔增大了，如图所示． 波在介质中的传播速度并没有改变，观察者在波源右方时，即波源接近观察者时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大， ； 同样道理，观察者在波源左方时，即波源远离观察者时，接收到的频率减小， ． 知识点二：多普勒效应的应用 1．利用多普勒测速仪测速 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．利用超声波测血流速度 医生向人体内发射频率已知的超声波，测出被血管中的血流反射后的波的频率变化，就可知道血流的速度。 3．利用光波的频率变化，计算星球靠近或远离我们的速度。 例题： 一、单选题 1．振动和波存在于我们生活的方方面面，图（a）是救护车在向右行驶，A、B两人都听到了救护车发出的警笛声；图（b）是宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中记录的“古琴正声”实验：剪小纸人放在需要调整音准的弦上，然后拨动另一个音调准确的琴上对应的琴弦，同样地拨动力度下，小纸人晃动越明显代表音调越准确。下列说法正确的是（　　） A．图（a）中，A、B两人听到警笛声的频率相同 B．图（a）中，B听到的警笛声比A听到的更尖锐 C．图（b）“古琴正声”实验的原理是共振 D．图（b）“古琴正声”实验的原理是波的干涉 【答案】C 【详解】AB．根据多普勒效应，图（a）救护车向右运动的过程中，A听到警笛声的频率大于车发出的频率，B听到警笛声的频率小于车发出的频率，因此 则A、B两人听到警笛声的频率不同，音调“尖锐”对应频率更高，A听到的频率更高更尖锐，AB错误； CD．同样地拨动力度下，小纸人晃动越明显代表音调越准确，小纸人所在的琴弦发生了共振，C正确，D错误。 故选C。 2．如图所示，一辆执行急救任务的救护车在平直的公路上鸣笛向东急速行驶，汽车乙在另一车道上也在向东行驶，但车速小于救护车的速度，汽车甲为对向车道一辆向西行驶的小汽车。已知救护车鸣笛的频率为，关于图示时刻的下列说法正确的是（　　） A．汽车甲的驾驶员听到的鸣笛频率高于 B．汽车乙的驾驶员听到的鸣笛频率高于 C．汽车甲和乙的驾驶员听到鸣笛的频率相同 D．汽车乙的驾驶员听到的鸣笛频率高于汽车甲驾驶员听到的鸣笛频率 【答案】A 【详解】根据多普勒效应的规律可知，当波源和观测者相互靠近时，观测者接收到的频率高于波源发出的频率；当波源和观测者相互远离时，观测者接收到的频率低于波源发出的频率；由题意汽车甲与救护车相互靠近，汽车乙与救护车相互远离，因此汽车甲驾驶员听到的鸣笛频率高于，汽车乙的驾驶员听到的鸣笛频率低于 故选A。 3．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 【详解】AB．多普勒效应要求波源与观察者之间有相对运动，且运动方向需与波的传播方向存在分量，在圆周运动中，只有当观察者位于圆心时，波源运动方向才始终与波传播方向垂直，则频率不变，故不一定能观测到多普勒效应，故AB错误； C．多普勒效应不仅适用于声波（机械波），也适用于电磁波（如雷达波）和光波（如天文观测中的红移现象），故C错误； D．机械波、电磁波和光波均会发生多普勒效应，故D正确。 故选D。 4．一同学站在站台上，观察到“瑞龙智行”智能动车组鸣笛匀速通过站台（其速度远远小于声速）。已知笛声的原始频率为f，该同学听到的笛声（　　） A．动车组靠近和远离他时，频率均等于f B．动车组靠近和远离他时，频率均大于f C．动车组靠近他时频率小于f，远离时频率大于f D．动车组靠近他时频率大于f，远离时频率小于f 【答案】D 【详解】根据多普勒效应，当声源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会发生变化：声源靠近观察者时，接收频率高于原始频率；声源远离观察者时，接收频率低于原始频率。 故选D。 5．一艘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渔船发出的超声波相比，其频率（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法判断 【答案】A 【详解】根据多普勒效应，该过程发生两次频移。首先，鱼群作为运动的观察者靠近静止的声源（渔船），接收到的超声波频率变大；然后，鱼群作为运动的声源，将接收到的较高频率的超声波反射给静止的观察者（渔船），渔船接收到的频率会进一步变大。因此，被鱼群反射回来的超声波频率变大，故A正确。 6．移动测速雷达监测逆向行驶的汽车。雷达安装在以速度v向右行驶的警车上，向与警车相向行驶的速度为u的汽车发射电磁波，并接收反射波。已知电磁波在空气中的速度为c，且、。与发射的电磁波相比，下列关于雷达接收到的反射波的频率和波速的描述，正确的是（　　） A．频率变大，波速不变 B．频率变小，波速变大 C．频率变大，波速变小 D．频率变小，波速不变 【答案】A 【详解】警车（波源）以速度v向右运动，汽车（观察者）以速度向左运动，二者相向而行。此时波源靠近观察者，观察者亦靠近波源，接收频率变大；汽车反射电磁波时成为新波源，二者依然靠近，频率进一步增大。雷达接收到的频率比发射频率大。电磁波的波速仅由介质决定，始终为c，波速不变。 故选A。 7．下列说法中正确的是（　　） A．物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于物体的固有频率 B．通过超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，是利用了多普勒效应 C．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，才能发生衍射现象 D．两列波叠加发生干涉现象时，加强点的位移一定不为零 【答案】B 【详解】A．物体做受迫振动的物体，其振动频率总是等于驱动力频率，而不是物体的固有频率，A错误； B．利用多普勒效应，当间距变化时，接收的频率与发出频率不相同，则可测量血流速度，B正确； C．波都能发生衍射，当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，能发生明显衍射现象，C错误； D．当两列波在加强点处同时处于平衡位置时，该点的位移就为零。虽然此时位移为零，但由于两列波的作用，下一时刻该点的位移会增大，即加强点的振动始终是较强的，但在某些特定时刻位移可以为零。D错误； 故选B。 8．如图甲所示，老师站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，根据图乙，下列关于女同学的感受说法错误的是（　　） A．女同学从A向E运动过程中，她感觉哨声音调变高 B．女同学从点C向右运动过程中，她感觉哨声音调变低 C．女同学从点C向左运动过程中，她感觉哨声音调变低 D．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变化，这是多普勒现象 【答案】B 【详解】A．根据多普勒效应可知，当观察者与波源之间相对靠近时，观察者测得的频率变高，则音调越高，因此女同学从A向E运动过程中，她感觉哨声音调变高，A正确； B．根据多普勒效应可知，当观察者与波源之间相对靠近时，观察者测得的频率变高，则音调越高，因此女同学在从C点向右运动过程中，她感觉哨声音调变高，B错误； C．当观察者与波源之间相对远离时，观察者测得的频率变低，则音调越低，女同学从点C向左运动过程中，她感觉哨声音调变低，C正确； D．多普勒效应是指观察者与波源之间发生相对运动时，观察者测得的频率发生变化，女同学从E向D运动过程中，她与波源之间发生相对运动，感觉哨声音调变化，这是多普勒现象，D正确。 本题选说法错误的，故选B。 9．天文爱好者在地球上测得星球上某种元素发出的光波频率为，该种元素在地球上静止时发光频率为，已知。则该星球与地球之间的距离（    ） A．正在增大 B．正在减小 C．保持不变 D．条件不足，无法判断 【答案】A 【详解】根据多普勒效应，当光源远离观察者时，观测频率小于静止频率（红移）。本题中，观测频率，表明星球正在远离地球，因此该星球与地球之间的距离正在增大。 故选A。 10．测速装置可以向运动的汽车发射一个频率已知的超声波，超声波被运动的汽车反射回来后，根据接收到的频率发生变化，可以测出汽车的运动速度。现有一固定的超声源发出频率为100kHz的超声波，一汽车向超声波迎面驶来，在超声源处接收到从汽车反射回来的超声波，利用拍摄装置测得反射波的频率为110kHz，设声波在空气中的传播速度为340m/s，则汽车行驶的速度为（　　） A．16.2m/s B．30.9m/s C．34.0m/s D．37.4m/s 【答案】A 【详解】设汽车行驶的速度为u，超声波的传播速度为v，当声源及汽车都不动时，拍摄装置接收到声波的频率为 当声波波源不动，汽车驶向声源时，由于声波对汽车的相对速度变为，所以接收到声波频率变为 汽车将此频率声波向超声源反射回去,则汽车相当于一个发出频率为的声波的波源。由于此波源以速度u向接收处运动，所以对接收处而言，声波的波长变短，即 式中、为汽车反射声波的波长及周期，所以超声源处接收到的声波频率为 解得 则 故选A。 二、多选题 11．近年来，遵义乌江寨景区利用现代科技赋能文旅发展，常在夜空呈现精彩的无人机表演。如图，某次表演过程中，无人机表演编队以恒定速度向右朝摄像无人机飞行，发出频率为的嗡嗡声，摄像无人机接收到表演编队的频率为f的嗡嗡声。若摄像无人机与表演编队相互（　　） A．远离时f大于 B．远离时f小于 C．靠近时f大于 D．靠近时f小于 【答案】BC 【详解】当波源（表演编队无人机）与观察者（摄像无人机）相互靠近时，观察者接收到的声波频率大于波源的固有频率；当二者相互远离时，观察者接收到的频率小于波源的固有频率。 故选BC。 12．下列选项中现象和原理表述正确的是（　　） A．图甲中，救护车从路人身边经过时，路人耳中救护车笛声的频率发生变化，是波的干涉现象 B．图乙中，水波绕过挡板继续传播，是波的衍射现象 C．图丙中，主动降噪耳机发出降噪声波来实现降噪的效果，是多普勒效应 D．图丁中，单摆a被拉离平衡位置后开始摆动，其余三个单摆中单摆c的振幅最大，是共振现象 【答案】BD 【详解】A．图甲中，救护车从路人身边经过时，路人耳中救护车笛声的频率发生变化，是多普勒效应现象，故A错误； B．图乙中，水波绕过挡板继续传播，是波的衍射现象，故B正确； C．图丙中，主动降噪耳机发出降噪声波来实现降噪的效果，是波的干涉现象，故C错误； D．图丁中，单摆a被拉离平衡位置后开始摆动，其余三个单摆中单摆c的振幅最大，是共振现象，故D正确。 故选BD。 13．火车上有一个声源发出频率一定的音乐。当火车静止，火车外的观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调。以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是（　　） A．观察者静止，火车向他驶来 B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 C．观察者静止，火车离他远去 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 【答案】CD 【详解】AC．根据多普勒效应，当声源和观察者相互靠近时，观察者接收到的声波频率升高，音调变高；当相互远离时，频率降低，音调变低。当观察者静止，火车离他远去时，音调降低，故A错误，C正确； BD．当火车静止，观察者乘汽车远离火车运动时，音调降低，当火车静止，观察者乘汽车向着火车运动时，音调变高，故B错误；当火车静止，观察者乘汽车远离火车运动时，音调降低，故D正确。 14．如图所示为移动的振动片上金属丝周期性触动水面形成的水波图样，A、B为水面上的两点，此时金属丝恰好触动水面上的O点，。下列说法正确的是（　　） A．O点产生的水波先传到A点 B．A点水波的频率大于B点水波的频率 C．振动片在水平向左运动 D．任意时刻A、B处质点的位移总相同 【答案】BC 【详解】A．由题知，波的传播速度取决于介质，所以图中振动片两侧的水波传播速度一样快。O点产生的水波同时传播到A、B点，故A错误； B．图中振动片左侧单位时间内接收到的完全波的个数较多，则振动片左侧接收到的水波频率更高。故A点水波的频率大于B点水波的频率，故B正确； C．由图可知，波源左侧的波纹较密集，则说明振动片正在水平向左运动，故C正确； D．波源的运动会影响接收到波的频率，当波源向A接近时，观察者感知到的频率会增加；当波源远离A时，观察到的频率减小，故任意时刻A、B处质点的位移不可能总相同，故D错误； 故选BC。 15．如图所示是用发波水槽演示多普勒效应原理的实验照片，波源以固定频率振动并以恒定速度移动，质点A、B位于水波对称轴x轴上，下列说法中正确的是（　　） A．A处波速等于B处波速 B．A处波速小于B处波速 C．波源向x轴负方向运动 D．波源向x轴正方向运动 【答案】AC 【详解】AB．机械波传播速度与介质有关，A、B位于同一介质，故波速相等，选项A正确，B错误； CD．在A点单位时间内接收到的波面比在B点多，则在A点观察到的频率比在B点观察到的频率高，因此波源向x轴负方向运动，选项C正确，D错误。 故选AC。 学科网（北京）股份有限公司 $