第3章机械波
第4节 多普勒效应及其应用
课后篇巩固提升
必备知识基础练
1.(多选)下面说法正确的是( )
A.发生多普勒效应时,波源的频率变化了
B.发生多普勒效应时,观察者观察到的频率发生了变化
C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的
D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的
解析当声源和观察者之间有相对运动(接近或远离)时,会发生多普勒效应,故选项C正确;但声源的频率并没有发生变化,故选项A错误;多普勒效应产生的本质是观察者观察到的频率不等于波源频率,它首先由奥地利物理学家多普勒发现,故选项B、D正确。
答案BCD
2.下列关于多普勒效应的说法正确的是( )
A.只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应
B.如果声源静止,就观察不到多普勒效应
C.当声源朝着观察者运动时,声源的频率变高
D.当声源相对于观察者运动时,观察者听到的声音的频率可能变高,也可能变低
解析波源运动时,波源与观察者距离不一定变化,不一定发生多普勒效应,故选项A错;声源静止时,若观察者相对声源运动,可能发生多普勒效应,故选项B错;声源朝着观察者运动时,声源频率不变,观察者接收到的频率变高,故选项C错;声源相对观察者运动时,二者距离可能增大,也可能减小,故观察者接收到的频率可能变低,也可能变高,故选项D对。
答案D
3.(多选)当人听到声音的频率越来越低时,可能的原因是 ( )
A.声源和人都是静止的,声源振动的频率越来越低
B.人静止,声源远离人做匀速直线运动,声源振动的频率不变
C.人静止,声源远离人做匀加速直线运动,声源振动的频率不变
D.人静止,声源远离人做匀减速直线运动,声源振动的频率不变
解析人听到的声音的频率越来越低,声源远离观察者,且远离的速度越来越大,也就是加速远离。
答案AC
4.路巡警车在高速公路上以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频率已知的电磁波,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100 km/h
B.低于100 km/h
C.等于100 km/h
D.无法确定
解析由多普勒效应知,巡警车接收到的频率变低了,即观察者接收到的频率变低了,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
5.下图为产生机械波的波源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
C.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
解析(1)该图表示的是多普勒效应。
(2)从波长变化情况来看,波源正在移向A点。
(3)由于波源远离B点,所以,观察到波的频率最低的点是B点。
答案(1)D (2)A (3)B
关键能力提升练
6.下图是由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形,实线为波峰,虚线为波谷。设波源频率为20 Hz,且不运动,而观察者在1 s内从A运动到B,观察者接收到多少个完全波 设波速为340 m/s,而要让观察者完全接收不到波,他每秒要运动多少米
解析1 s内,观察者从A运动到B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,即他只接收到19个完全波,要想让观察者完全接收不到波,他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源。由s=vt得s=340×1 m=340 m,即观察者每秒要远离波源340 m。
答案19个 340 m
7.随着科技的发展和作战的需要,现在的战斗机飞得越来越快,甚至有些战斗机的速度超过了声音在空气中的传播速度。假设某爆炸声在空气中的传播速度为340 m/s,一架战斗机正在爆炸点附近远离它飞行,要使飞行员听不到爆炸声,战斗机飞行的速度至少多大
解析要使飞行员恰好听不到爆炸声,即飞行员正好一个声波也接收不到,则他随战斗机运动的速度应与波峰前进的速度一样,即战斗机应以340 m/s的速度飞行远离爆炸点。
答案340 m/s(共21张PPT)
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标 思维导图
1.通过实验感受多普勒效应。(科学探究)
2.初步定性解释多普勒效应产生的原因。(物理观念)
3.了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。(科学态度与责任)
课前篇 自主预习
自主阅读
1.多普勒效应
由于波源和观察者之间有相对运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象。它是奥地利科学家多普勒发现的。
2.多普勒效应产生的原因
(1)波源与观察者相对静止时,单位时间内观察者接收到的完整波的个数是一定的,观察者观测到频率等于波源振动的频率。
(2)波源与观察者相互靠近时,单位时间内观察者接收到的完整波的个数
增加,观察者观测到的频率大于波源的频率,即观察到的频率增大。
(3)波源与观察者相互远离时,单位时间内观察者接收到的完整波的个数
减少,观察者观测到的频率小于波源的频率,即观察到的频率变小。
3.多普勒效应的应用
(1)测量汽车速度: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,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
(2)测血液流速(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液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。
(3)跟踪目的物(如导弹、云层):地面检测站向目的物发生恒定频率的电磁波,同时接受其反射波,根据反射波的频率变化,就可确定目的物的距离、方位、速度等。
自我检测
正误判断
(1)产生多普勒效应时,波源的振动频率并没有发生变化。( )
答案 √
(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。( )
解析 因为波源和观察者的距离不变,听到的声音频率与声源的频率是一致的。
答案 ×
(3)人与波源有相对运动时,接收到的频率一定发生变化。( )
解析 尽管观察者与波源有相对运动,但只要两者距离不变,此时就不会出现多普勒效应。
答案 ×
(4)声源与观察者间的距离越近,越容易发生多普勒效应。( )
答案 ×
课堂篇 探究学习
探究
对多普勒效应的理解
情境探究
如图所示,一个电铃正在P处发声(电铃未画出),一位女同学坐在秋千上来回摆动,当女同学靠近或远离P处时,她听到的声音有变化吗
要点提示 在女同学荡秋千的过程中,只要她向右运动,根据多普勒效应,她感觉电铃声音调变高;反之,女同学向左运动时,她感觉电铃声音调变低。
知识归纳
1.多普勒效应是指观察者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。
2.发生多普勒效应时,波源的频率并没有变化,是接收者接收到的频率(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.多普勒效应的产生不是取决于波源与观察者之间的距离大小,而是取决于二者间距离是否变化。
4.波源与观察者相对位置变化与频率的关系
相对位置 图 示 结 论
波源S和观察者A相对静止不动,如图所示 f波源=f观察者,音调不变
波源S不动,观察者A运动,由A向B或由A向C,如图所示 ①若靠近波源,由A向B,则f波源②若远离波源,由A向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向S1,如图所示 f波源典例剖析
例题新型列车动车组速度可达487.3 km/h,与该车汽笛声的音调相比。
(1)站在车运动前方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。站在车运动后方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样 此时列车汽笛声的音调变化了吗
(3)坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样
解析 (1)站在车运动前方的观察者与列车在靠近,因此听起来音调偏高;站在车运动后方的观察者与列车在远离,因此听起来音调偏低。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调偏高;此时列车汽笛声的音调不变。
(3)坐在新型列车动车组上的乘客与该列车的相对位置不变,故听起来音调不变。
答案 (1)偏高 偏低 (2)偏高 不变 (3)不变
规律方法 多普勒效应的分析方法
(1)确定研究对象(波源与观察者)。
(2)确定波源与观察者是否有相对运动。若有相对运动,能发生多普勒效应,否则不发生。
(3)判断:当两者远离时,观察者接收到的波的频率变小,当两者靠近时观察者接收到的波的频率变大,但波源的频率不变。
变式训练(多选)下列关于多普勒效应的说法正确的是( )
A.只有声波才能发生多普勒效应
B.当观察者靠近声源时,听到声音的音调升高,说明声源的频率升高了
C.当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时,不会发生多普勒效应
D.火车离站时,站台上的旅客听到火车的汽笛声音调降低
解析 多普勒效应是波的共有特征,不仅是声波等机械波,电磁波和光波也会发生多普勒效应,故选项A错误;发生多普勒效应时,声源的频率并没有发生变化,而是观察者接收到的频率发生了变化,故选项B错误;当波源和观察者以相同的速度同向运动时,两者之间无相对运动,不会发生多普勒效应,故选项C正确;火车离站时,站台上的旅客和火车相互远离,听到火车的汽笛声音调降低,故选项D正确。
答案 CD
当堂检测
1.下列应用中没有应用多普勒效应的是( )
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.交通警察向进行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,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理
C.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况
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 铁路工人将耳朵贴在铁轨上来判断火车的运动情况,是利用声音在铁轨中传播速度大于在空气中的传播速度这一规律,故选项C没有应用。
答案 C
2.以下关于多普勒效应的说法正确的是( )
A.产生多普勒效应时,波源的振动频率发生变化
B.产生多普勒效应时,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,接收到的频率一定发生变化
解析 当观察者与波源有相对运动(接近或远离)时,观察者测得的频率有变化,但波源的频率不变。尽管观察者与波源有相对运动,但只要两者距离不变,此时就不会出现多普勒效应。
答案 B
3.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,且uA.v增大,f增大
B.v增大,f不变
C.v不变,f增大
D.v减小,f不变
解析 在发生多普勒效应时,声源发出声音在介质中的传播速度是不变的,声源的频率也是不变的,只有接收者收到声音的频率发生变化,故选项C正确。
答案 C
