高中物理12.5多普勒效应学案新人教版选修3-4

1第5节多普勒效应新知预习1.由于___________之间有相对运动，使观察者感到___________发生变化的现象叫做多普勒效应，如果二者相互接近，观察者接收到的频率___________，如果二者远离，观察者接收到的频率___________.2.波源的频率等于单位时间内波源___________，观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内___________.3.铁路工人可以通过火车的汽笛声判断火车的运行方向和快慢，如果汽笛声变得尖细，则火车___________（填“靠近”或“远离”）工人；如果汽笛声频率变化加快，说明火车在___________（填“加速”或“减速”）.典题·热题知识点一多普勒效应例1以下关于多普勒效应的说法中正确的是()A.有多普勒效应时，波源的振动频率发生变化B.有多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化C.多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化D.人与波源有相对运动时，观察到的频率一定发生变化解析：当观察者与声源有相对运动(接近或远离)，观察者测得声波频率有变化，但波源的频率不变.当观察者尽管有相对运动，但距离不变时，此时不会出现多普勒效应，B选项正确.答案：B方法归纳若观察者与声源在一直线上发生相对运动，则必发生多普勒效应.若观察者与声源的相对运动不共线(如圆周运动)则就不一定发生多普勒效应.例2下面哪些应用是利用了多普勒效应()A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理C.铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去解析：凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对于地球的运动速度，A选项正确.被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应可求出运动物体的速度，B选项正确.铁路工人根据振动的强弱而对列车的运动作出判断，C选项错误.炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，D选项正确.答案：ABD误区警示铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况，这是根据火车与铁轨发生的机械振动的强弱而对列车的运动作出判断，因为这时观察者并不是根据声音的频率变化来判断的，所以不是利用多普勒效应.例3如图12-7-5所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2＞v1.甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为__________________.2图12-7-5解析：由于v2＞v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1＞f0，由于乙静止不动，则汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变低，即f2＜f0.由于司机和汽车相对静止，所以司机听到的频率不变，即f3=f0.综上所述，三人听到笛声的频率由高至低依次为f1、f3、f2.答案：f1、f3、f2方法归纳多普勒效应是指由于观察者和波源之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象.当二者相对距离减小时，观察者接收到的频率比波源频率高，当二者相对距离增大时，观察者接收到的频率比波源频率低.知识点二多普勒效应的应用例4公路巡警开车在高速公路上以100km/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，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速()A.高于100km/hB.低于100km/hC.等于100km/hD.无法确定解析：由多普勒效应知，巡警车接收到的频率低了，即观察者接收到的频率低了，说明轿车和巡警车在相互远离，而巡警车速度恒定，因此可以判定轿车的速度比巡警车速度大，故A选项正确.答案：A方法归纳当波源与观察者远离时，频率变低；当波源与观察者靠近时，频率变高.例5如图12-7-6所示，实线表示波峰，S为波源，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1s内由B运动到A，观察者接收到多少个完全波？设波速为340m/s，若要让观察者完全接收不到波，那么，他的运动速度应该是多少？图12-7-6解析：(1)观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，即接收到的频率.如果观察者不运动，在1s内，观察者接收到的完全波的个数应当是20个，然而当观察者从B运动到A的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只能接收到19个完全波.(2)要想让观察者完全接收不到波，他必须远离波并随同所在的波峰一起运动，即观察者的运动速度应该是340m/s.答案：19340m/s巧妙变式如果观察者在1s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？答案：213知识点三多普勒效应的定量研究例6一警车上的警报器发射频率f=1000Hz的声波，警车远离静止的观察者向一悬崖行驶，车速v=10m/s，已知声音在空气中的传播速度为v声=330m/s，试问：（1）观察者直接从警报器听到的声音频率是多大？（2）观察者听到从悬崖反射的声音频率是多大？解析：首先应分清楚三个速度，即波的传播速度、波源的速度、观察者的速度，当波源背离观察者运动时，相当于波长变长；观察者听到从悬崖反射回的声音，相当于有一声源以速度v靠近观察者，此时波长变短.答案：（1）当警车远离观察者时，其波长增大vT，则单位时间通过观察者的完全波的个数，即观察者听到的声音频率为f′=vvv声声f=10330330×1000Hz=970.6Hz.（2）观察者听到从悬崖反射的声音，等效于有一波源以速度v靠近静止的观察者所发声音，此时波长减小vT，所以观察者听到从悬崖反射的声音频率为f″=vvv声声f=10330330×1000Hz=1031Hz.误区警示此题的易错点是：认为从悬崖反射回来的声波和正常情况一样不发生多普勒效应，或者认为人听到的声波频率和警车远离时人听到的声波频率相同.自主广场我夯基我达标1.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干涉引起的B.多普勒效应说明波源的频率发生改变C.多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的D.只有声波才可以产生多普勒效应思路解析：多普勒效应的实质是由于观察者与波源在相对运动时，观察者接收到的频率与实际频率不同，而实际上波源的频率是不会改变的，且多普勒效应是波动过程的共有特征.答案：C2.如图12-7-3所示，波源S不动，每秒发出30个完全波，观察者1s内由位置A移到位置B，则观察者每秒将接收到___________________个完全波.图12-7-3图12-7-4思路解析：由于观察者与波源的相对运动，1s内观察者将接收到31个完全波.答案：313.如图12-7-4表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰.（1）该图表示的是（)A.干涉现象B.衍射现象4C.反射现象D.多普勒效应（2）波源正在移向（)A.A点B.B点C.C点D.D点（3）观察到波的频率最低的点是（)A.A点B.B点C.C点D.D点思路解析：（1）图示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况.选项D正确.（2）由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，选项A正确.（3）由于波源远离B点，所以在B点观察到波的频率最低，选项B正确.答案：（1）D（2）A（3）B4.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=f0B.f1=f2f0C.f1=f2f0D.f2f0f1思路解析：f0由波源每秒钟所振动的次数决定，介质振动的频率由波源频率及波源相对介质是否移动来决定.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.答案：D5.关于次声波和超声波，以下说法中正确的是（)A.频率低于20Hz的声波为次声波，频率高于20000Hz的声波为超声波B.次声波的波长比可闻波短，超声波的波长比可闻波长C.次声波的波速比可闻波小，超声波的波速比可闻波大D.在同一种均匀介质中，在相同的温度条件下，次声波、可闻波、超声波的波速均相等思路解析：由次声波和超声波的概念可知A选项正确.由λ=fv可判断在波速相同的情况下，频率大，波长小；频率小，波长大，所以B选项不正确.在同一种均匀介质中，次声波、可闻波、超声波的波速均相等，所以C不正确，D正确.答案：AD6.超声波由于它具有不同于可闻声波的特性，在现代生产技术和科学研究中有许多重要应用，下列选项中，哪些属于超声波的应用（)A.探查几米厚金属内部的缺陷B.把普通水变成雾气喷射到房间的空气中C.探查人体内部的各种器官、组织等有无异常D.进行人体按摩，治疗神经痛等疾患思路解析：本题是考查超声波的特性及其应用问题，超声波的频率高、波长小，基本沿直线传播，且具有传播能量大、距离远等特点.A、B、C、D四项均正确，A、C是利用超声波的穿透本领和反射特性，B、D是利用超声波在液体中传播时的液压冲击特性.答案：ABCD我综合我发展7.有一种用钢丝操纵做圆周飞行的飞机模型，装有两冲程的活塞式发动机作为动力，操纵者站在圆心，在他听来发动机工作时发出的声音是平稳不变的.场边的观察者听到的声音忽高忽低地做周期性变化.（1）这是由于____________；这种现象叫____________.（2）模型飞机的飞行速度是90km/h，单缸发动机的转速是9000r/min，则观察者听到的5声音的最高频率是____________Hz，最低频率是____________Hz，操纵者听到的声音的频率是____________Hz.（设这时空气中的声速为340m/s）思路解析：（1）声源与观察者有相对运动；多普勒效应.（2）发动机发声的频率f0=609000Hz=150Hz，这也是操纵者听到的声音的频率.模型飞机飞行速度360010903m/s=25m/s.当飞机向观察者飞行时，声波波长为λ1=360025340m=2.1m，此时观察者听到的频率即为最高频率fmax=1.23401vHz=162Hz.当飞机远离观察者飞行时，声波波长变为λ2=15025340m=2.43m，此时观察者听到的频率即为最低频率fmin=43.23402vHz=140Hz.答案：（1）声源与观察者有相对运动多普勒效应（2）1621401508.(2006全国高考理综Ⅱ，16)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），v表示接收器接收到的频率.若u增大，则（)A.v增大，V增大B.v增大，V不变C.v不变，V增大D.v减少，V不变思路解析：此题考查多普勒效应.当声源向着接收器运动的速度增大时，声源的频率不变，声波的传播速度不变，接收器接收到的频率增大，因此B正确.答案：B9.以速度v=20m/s奔驰的火车，鸣笛声频率f=275Hz，已知常温下空气中的声速V=340m/s.当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率为多少？当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率又为多少？思路解析：火车向观察者驶来（火车接近观察者）时，以观察者为参考系（观察者相对介质静止），声波的波长减小为λ1=(V-v)/f，这时观察者接收到的笛声的频率为f1=203403401fvVVv×275Hz=292Hz火车驶去（火车远离观察者）时，以观察者为参考系，声波的波长增大为λ2=(V+v)/f这时观察者接收到的笛声频率为f2=203403402fvVVV×275Hz=260Hz.答案：292Hz260Hz