2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册3.4 多普勒效应及其应用 学案

第4节 多普勒效应及其应用 学案
学习目标：
1.知道什么是多普勒效应，了解多普勒效应产生的原因.
2.了解多普勒效应在生活中的应用，会用多普勒效应解释一些现象．
基础知识：
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)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的完全波的个数是一定的，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，单位时间内通过观察者的完全波的个数增加，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，观察到的频率变小．
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．
利用光波的频率变化，计算星球靠近或远离我们的速度．
重难点理解：
多普勒效应产生的原因
1.相对位置变化与频率的关系(规律)
相对位置 图示 结论
波源S和观察者A相对静止，如图所示 f观察者＝f波源 音调不变
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示 若靠近波源，由A→B，则f观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者观察者A不动，波源S运动，由S→S′，如图所示 f观察者>f波源，音调变高
2.当波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率f观察者变大，反之观察者接收到的频率f观察者变小．
3．发生多普勒效应时，不论观察者接收到的频率发生了怎样的变化，波源的真实频率并不会发生任何变化．
典例1、(多选)假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz，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300 Hz
B．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300 Hz
C．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300 Hz
D．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300 Hz
AD　[当汽车向你驶来时，两者距离减小，你单位时间内接收的声波个数增多，频率升高，将大于300 Hz，故A选项正确；当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，你单位时间内接收的声波个数减少，频率降低，将小于300 Hz，故D选项正确．]
典例2、如图所示，产生机械波的波源O做匀速运动，图中圆表示波峰，已知波源振动的频率为f0，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A点接收波的频率是定值且大于f0
C.观察者在B点接收波的频率是定值且大于f0
D.观察者在C点或D点接收波的频率是定值且大于f0
解析　根据多普勒效应产生的原因，该图表示波源正在向B点移动，故A错误；当波源向观察者运动时，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，观察者接到的频率一定比波源振动的频率低。故B、D错误，C正确。答案　C
巩固练习：
1.如图所示，装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比 (　　)
A.频率不变，波速变小 B.波速不变，频率变小
C.频率不变，波速变大 D.波速不变，频率变大
2.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表示声源的运动速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率．若u增大，则(　　)
A．f增大，v增大 B．f增大，v不变
C．f不变，v增大 D．f减小，v不变
3．(多选)下列说法中正确的是(　　)
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，观察者接收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科学家多普勒首先发现
4.公路巡警开车在高速公路上以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已知频率的电磁波，如果该电磁波被轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低．
(1)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？
(2)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的波的频率应怎样变化？
参考答案：
1.　D 2. B．3.BCD
4.答案　(1)超速　(2)比发出时偏高
解析　(1)巡警车接收到的频率低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离；而巡警车车速恒定，以100 km/h的速度在轿车后面行驶，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该车超速．
(2)若该轿车以20 m/s的速度行进，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的电磁波的频率应偏高．