2019-2020学年高中物理人教版选修3-4：多普勒效应

2019-2020学年高中物理人教版选修3-41．知道波源频率与观察者接收到的频率的区别。2．知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。3．了解多普勒效应的一些应用。4．通过改变波源与观察者的距离，培养学生利用控制变量法分析问题的能力。[读教材·填要点]1．多普勒效应(1)音调：音调由决定，高则音调高，低则音调低。(2)多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的都会发生变化的现象。频率频率频率波的频率2．多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是的，观察者观测到的频率波源振动的频率。(2)当波源与观察者相互靠近时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目，观察到的频率；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率。一定等于增加增加变小3．多普勒效应的应用(1)测车辆速度：交警向行进中的车辆发射的超声波，同时测量的频率，根据反射波频率就能知道车辆的速度。(2)测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的。然后与地球上这些元素时发光的频率对照，可得星球的速度。(3)测血流速度：向人体内发射的超声波，超声波被血管中的血流后又被仪器接收，测出反射波的，就可得血流速度。频率已知反射波变化的多少频率静止已知频率反射频率变化[试身手·夯基础]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变化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解析：多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时，观察者接收的频率与波源频率不同的现象。此过程波源的频率不变，C正确，A、B均错误；一切波均可发生多普勒效应现象，故D错误。答案：C2．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：ABD3．波源和观察者相向运动，则观察者单位时间内感觉到的波的个数()A．增加B．减少C．不变D．不一定解析：由多普勒效应知当观察者与声源间距离减小时，接收到的频率增加。答案：A(1)多普勒效应的产生：声源完成一次全振动，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完成的全振动的次数，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。观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数决定的。①波源和观察者相对静止。观察者接收到的频率等于波源的频率。②波源和观察者有相对运动。观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即感觉到波的频率发生变化。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)多普勒效应是波的特性，不只是机械波会产生多普勒效应，后面所学的光波、电磁波也会产生这一现象。[名师点睛]发生多普勒效应是由于波源与观察者发生了相对运动，而不是波源的运动或观察者运动。1．假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，下列说法正确的是()A．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300HzB．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300HzC．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300HzD．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300Hz[审题指导](1)当观察者与波源的距离减小时，观察者接收到的频率变大。(2)当观察者与波源的距离增大时，观察者接收到的频率变小。[解析]当汽车向你驶来时，两者距离减小，你接收的声波个数增多，频率升高，将大于300Hz，故A选项正确；当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，你接收的声波个数减少，频率降低，将小于300Hz，故D选项正确。[答案]AD(1)发生多普勒效应的条件是声源和观察者之间有相对运动。(2)发生多普勒效应时，只是观察者接收到的频率相对于波源频率发生了变化，而波源频率不变。相对位置图示结论波源S和观察者A相对介质不动f波源＝f观察者，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波源＜f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C则f波源＞f观察者，音调变低观察者A不动，波源S运动，由S→S2f波源＜f观察者，音调变高2．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，结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。(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100km/h，则轿车是否超速？(3)若轿车以20m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？[审题指导]解答本题可按以下思路进行分析：接收到的波频率变低→两车相对远离→判断轿车运动快慢[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)因警车接收到的频率变低，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，故该车超速。(3)若该车以20m/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变高。[答案](1)C(2)轿车超速(3)频率变高(1)无论什么情况，发生多普勒效应时，波源与观察者肯定有相对运动，二者相互靠近时，观察者接收到的频率变高，相互远离时，接收到的频率变低。(2)多普勒效应的产生不是取决于观察者距波源多远，而是取决于观察者相对于波源的运动速度的大小和方向。