3.4多普勒效应及其应用（Word版含答案）

鲁科版 （2019）选择性必修一 3.4 多普勒效应及其应用
一、单选题
1．下列现象中，可以用多普勒效应解释的是（　　）
A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B．同一声源发出的声波，在空气和水中传播速度不同
C．超声波被行进中的车辆反射后，测速仪上接收到的超声波的频率发生变化
D．水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播
2．一频率为的声源以的角速度沿一半径为的圆周（圆心为O点）做匀速圆周运动。一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图所示，则观察者接收到（　　）
A．声源在A点时发出声音的频率等于
B．声源在B点时发出声音的频率等于
C．声源在C点时发出声音的频率等于
D．声源在D点时发出声音的频率小于
3．一列沿x轴正方向传播的横波，在t=0时刻的波形如图甲所示，图乙是图甲中某质点的振动图象，下列说法正确的是（　　）
A．该波的波速为4m/s
B．图乙表示质点S的振动图像
C．质点R在t=6s时的位移为13cm
D．一观察者沿x轴向波源运动时，他观测到的该波频率为0.25Hz
4．下列说法正确的是（　　）
A．“闻其声而不见其人”是一种司空见惯的现象，这体现了声波的衍射
B．在地球上测量出星球上某些元素发出的光波频率，若其小于地球上这些元素静止时的发光频率，则利用多普勒效应可以推知该星球在靠近地球
C．空气中产生的声波是纵波，纵波中的质点振动方向与波的传播方向相同
D．单摆的周期与振幅无关，所以无论静止释放摆球时的摆角为多少，周期不变
5．下列关于机械波的说法中，正确的是（　　）
A．某一频率的声波，从空气进入水中时，波长和频率均增大
B．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
C．在四分之一周期内，介质的质点所通过的路程一定等于一个振幅
D．发生干涉现象时，介质中振动加强点，振动的振幅最大，减弱点振幅可能为零
6．一架低空飞行的飞机，从远处水平匀速地飞至某同学头顶上空，若飞机振动的频率始终不变，从听到声音至飞机飞临该同学头顶上空时刻前，他听到的飞机声音的音调（即频率）（　　）
A．不变，且一直与飞机实际发出的声音音调相同
B．不变，且一直比飞机实际发出的声音音调低
C．不变，且一直比飞机实际发出的声音音调高
D．一直比飞机实际发出的声音音调高，但音调逐渐变低
7．一列迎面驶来的火车发出鸣笛，则静止的观察者听到声波变化正确的是（　　）
A．频率变高 B．频率不变 C．波速变大 D．波长不变
8．关于教材中插图所涉及的物理知识，描述正确的是（ ）
A． 一列水波通过狭缝时的折射现象
B． 单摆做受迫振动的周期与摆球质量有关
C． 水下多普勒测速仪可测海水流速
D． 水波干涉时振动加强点位移一定比振动减弱点位移大
9．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，听到声音的频率等于300 Hz
B．当汽车向你驶来时，听到声音的频率小于300 Hz
C．当汽车和你擦身而过后，听到声音的频率大于300 Hz
D．当汽车和你擦身而过后，听到声音的频率小于300 Hz
10．下列物理现象的描述，正确的是（　　）
A．汽车倒车是利用红外线原理感知障碍物的存在和距离
B．法拉第利用“力线”形象地描述了电磁场，电磁场是模拟的，不是真实存在的
C．优质的话筒线有层金属网罩，这是利用金属网罩的屏蔽作用，防止其他电信号干扰
D．干燥季节，脱掉外衣后再去摸金属门把手时，会被“电”一下，这是电磁感应现象
11．“B超”可用于探测人体内脏的变化状况。如图为超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循与光的折射规律类似，可表述为（式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知v2=0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为（　　）
A． B． C． D．
12．下列物理现象：①闻其声而不见其人；②当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到音调变高。这两种现象分别属于声波的（　　）
A．衍射、多普勒效应 B．干涉、衍射
C．共振、干涉 D．衍射、共振
13．下列关于机械波的说法，正确的是（　　）
A．两列波叠加一定会出现稳定的干涉图样
B．在干涉图样中，振动加强区域的质点的位移不一定大于振动减弱区域质点的位移
C．只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多，波才能发生衍射
D．当波源远离接收者时，观察者接收到的波的频率比波源频率高
14．在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速，已知时，波刚好传播到m处，如图所示，在m处有一接收器（图中未画出），则下列说法正确的是（　　）
A．波源开始振动时的方向沿y轴正方向
B．接收器在s时才能接收到此波
C．从开始经0.25s，m的质点运动的路程为1m
D．若波源沿x轴正方向运动，接收器接收到波的频率可能为8Hz
15．在同一均匀介质中有两列简谐横波，甲向右、乙向左，波速大小为0.5m/s，沿x轴相向传播，t 0时刻的波形如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．两列波相遇时能发生稳定的干涉
B．一观察者正经x=2m处沿x轴正向运动，在他看来，两波的频率可能相同
C．x轴上第一个位移达到6cm的质点的横坐标为x2.75m
D．t0时刻，处质点的振动方向与x5.1m处质点的振动方向相反
二、填空题
16．某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m。
(1)该波的频率为___________Hz，在海水中的波速为___________m/s。
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为多少___________？
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声___________？
17．多普勒效应产生的原因：
（1）当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，观测到的频率________波源振动的频率。
（2）当波源与观察者相互接近时，1s内通过观察者的波峰（或密部）的数目________（选填“增加”或“减小”），观测到的频率________（选填“增加”或“减小”）；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率________（选填“增加”或“减小”）。
18．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已知频率的超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出的低。
（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100 km/h，则该轿车是否超速？( )
（3）若该轿车以25 m/s的速度行进，反射回的超声波频率应怎样变化？( )
19．二十世纪二十年代，天文学家哈勃从星光谱的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行，距离越远，退行速度越大，两者成正比，这个规律称为哈勃定律。一个遥远的超新星以速度v远离地球观察者，地球观察者测量的星系光谱波长____（选填“大于”、“等于”或“小于”）超新星发出光谱波长；地球观察者测量超新星发出光的传播速度为_____（光在真空中传播速度为c）。
三、解答题
20．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超声波，如果该超声波被那辆轿车反射回来时：
(1)巡警车接收到的超声波频率比发出的低．
(2)巡警车接收到的超声波频率比发出的高．
以上两种情况说明了什么问题？
21．人造地球卫星经过跟踪站的上空，并向远离跟踪站的方向飞去时，为什么地面接收到的信号频率是先增大后减小的呢？
22．请简要说明科学上利用多普勒效应测量太空中星球相对地球的运动速度的原理。
23．公路巡警驾驶巡警车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，该路段限速为100km/h。巡警车向前方在同一直车道上行驶的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的频率比发出时的低，该轿车是否超速？请说明理由。
24．一固定的超声波源发出频率为的超声波，一辆汽车从远处向超声波源迎面驶来，在超声波源处的接收器接收到由汽车反射回来的超声波，并测出接收到的超声波频率为，设空气中声音的传播速度是，计算汽车的行驶速度．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．先看到闪电后听到雷声，是因为光的传播速度大于声音传播速度，故A错误；
B．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同，是由于介质折射率不同导致的，与多普勒效应无关，故B错误；
C．超声波被行进中的车辆反射后，测速仪上接收到的超声波的频率发生变化，是由于多普勒效应产生的，故C正确；
D．水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播，是衍射现象，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
根据多普勒效应，当声源和观察者相向运动时观察者接收到的频率大于声源的频率，当声源和观察者反向运动时观察者接收到的频率小于声源的频率。将声源运动到ABCD四个点时，相对于观察者的速度方向画出来，可以得到A点有接近观察者的趋势，C点有远离观察者的趋势，声源在BD两点的速度方向，垂直O点与观察者的连线。所以在BD两点，观察者接收到的频率就等于声源的频率，而在A点观察者接收到的频率大于声源的频率，在C点观察者接收到的频率小于声源的频率。
故选B。
3．C
【详解】
A．由图甲可知λ=8m ， 由图乙可知 T=4s ，根据
A错误；
B．横波沿x轴正方向传播，根据上坡下振可知，在t=0时刻S点应向y轴负方向振动，由图乙可知在t=0时刻该质点沿y轴正方向振动， B错误；
C．由于
因而质点R在6s时处于波峰的位置，故此时位移最大为13cm， C正确；
D．该波的频率为
当观察者沿x轴向波源运动时，根据多普勒效应，观察者接收到的频率大于0.25Hz，D错误。
故选C。
4．A
【详解】
A．“闻其声而不见其人”是一种司空见惯的现象，这体现了声波的衍射，A正确；
B．波源远离时，接收的频率变小，B错误；
C．纵波中的质点振动方向有时与波的传播方向相同，有时则相反，C错误；
D．小角度单摆才可近似为简谐运动，此时周期与摆角无关，然而若摆角很大，就不再是单摆周期，D错误。
故选A。
5．D
【详解】
A．某一频率的声波，从空气进入水中时，频率不变，波速变大，则波长增大，选项A错误；
B．产生多普勒效应的原因是当波源与观察者的位置发生变化时，观察者接收到的波的频率发生了变化，选项B错误；
C．只有当质点从平衡位置，或者从波峰波谷位置开始振动时，在四分之一周期内，介质的质点所通过的路程才等于一个振幅，选项C错误；
D．发生干涉现象时，介质中振动加强点，振动的振幅最大，减弱点振幅可能为零，选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
飞机和人的关系如图所示
其中S为飞机，P为该同学，利用运动的分解把飞机的速度v分解为两个速度，得到v1=v cos θ，v1为靠近速度，飞机逐渐靠近该同学，θ角逐渐增大，v1逐渐减小，根据多普勒效应规律，人接收到的声音的频率
知，随着v1逐渐减小， 接收到的频率越来越低，但始终高于飞机实际声音频率f0，故ABC错误，D正确。
故选D。
7．A
【详解】
根据多普勒效应，波在波源移向观察者接近时接收频率变高，波长变短，波速不变，则一列迎面驶来的火车发出鸣笛，则静止的观察者听到声波变化是频率变高，波长变短，波速不变，所以A正确；BCD错误；
故选A。
8．C
【详解】
A．该现象是一列水波通过狭缝时的衍射现象，选项A错误；
B．单摆做受迫振动的周期只与驱动力的周期有关，与摆球质量无关，选项B错误；
C．水下多普勒测速仪可测海水流速，选项C正确；
D．水波干涉时振动加强点振幅一定比振动减弱点振幅大，但是加强点的位移不一定大于减弱点的位移，选项D错误。
故选C。
9．D
【详解】
AB．汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，当汽车向你驶来时，两者间距变小，则听到喇叭声音的频率大于300Hz，故AB错误；
CD．汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，当汽车和你擦身而过后，两者间距变大，则听到喇叭声音的频率小于300Hz，故C错误，D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．倒车雷达是利用超声波传递信息来确定障碍物的远近，A错误；
B．法拉第利用“力线”形象地描述了电磁场，电磁场是模拟的，但是电磁场是真实存在的，B错误；
C．优质的话筒线在信号传输线外又多包了一层金属网，起到静电屏蔽作用， C正确；
D．在天气干燥的季节，脱掉外衣后再去摸金属门把手时，常常会被“电”一下，这是静电现象，D错误。
故选C。
11．D
【详解】
已知入射角为i，设折射角为α，根据题意有
可得
故选D。
12．A
【详解】
闻其声而不见其人，是声波绕过阻碍物而传播过来的，属于声波的衍射，而当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到音调变高，是属于多普勒效应，所以A正确；BCD错误；
故选A。
13．B
【详解】
A．只有叠加的两列波频率相同，振动情况相同，才会出现稳定的干涉图样，故A错误；
B．在干涉图样中，振动加强区域的质点的位移和振动减弱区域质点的位移都在做周期性的运动，所以加强区的位移不一定大于减弱区的位移，故B正确；
C．只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多，波才能发生明显的衍射现象，故C错误；
D．当波源远离接收者时，观察者接收到的波的频率比波源频率低，故D错误。
故选B。
【点睛】
14．C
【详解】
A．波沿x轴正方向传播，波前振动方向沿y轴负方向，所以波源开始振动时的方向沿y轴负方向，A错误；
B．接收器接收到此波的时间为
C．波的周期为
质点运动的路程为
C正确；
D．波的频率为
若波源沿x轴正方向运动，根据多普勒效应，接收器接收到波的频率一定大于10Hz，D错误。
故选C。
15．C
【详解】
A．由
可得
发生稳定干涉的条件是频率相同，故A错误；
B．由多普勒效应可知，一观察者正经x=2m处沿x轴正向运动，在他看来，甲波的频率在降低，乙波的频率增大，由A选项可知，两波的频率不可能相同，故B错误；
C．要使质点的位移第一次达到6cm，必定是两列波相距最近的两个波峰相遇，t=0时这两个波峰相距
故从此时开始到两者相遇，两波峰移动的距离均为
因甲波的第一个波峰t=0的横坐标为，想x轴正方向移动3.75m后横坐标为2.75m，故C正确；
D．由同侧法可得处质点向下振动，x5.1m处质点也是向下振动，故D错误。
故选C。
16． 340 1530 382.5 m 0.498 s
【详解】
(1)[1]波的频率为
[2]因波的频率不变，则在海水中的波速为
v海=λf=1530m/s
(2)[3] 若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为
(3)[4] 若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则听到回声的时间
17． 一定 等于 增加 增加 减小
【详解】
略
18． C 超速 变高
【详解】
（1）[1]巡警车接收到的超声波频率比发出的低，此现象为多普勒效应。
故选C。
（2）[2]因巡警车接收到的超声波频率比发出的低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定且在后面，可判断轿车的车速比巡警车的车速大，故该轿车超速。
（3）[3]若该轿车以25 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超声波频率应比发出的高。
19． 大于 c
【详解】
[1][2]根据多普勒效应，遥远的超新星以速度v远离地球观察者，则地球观察者测量的星系光谱波长大于超新星发出光谱波长；根据相对论原理，地球观察者测量超新星发出光的传播速度为c。
20．(1)轿车的速度大于100 km/h
(2)轿车的速度小于100 km/h
【详解】
(1)如果巡警车接收到的超声波频率比发出时低，由多普勒效应可知，巡警车与轿车在相互远离．又由于巡警车在后且车速恒定，所以轿车的速度大于100 km/h.
(2)如果巡警车接收到的超声波频率比发出时高．由多普勒效应可知，巡警车与轿车在相互靠近，同理可知，轿车的速度小于100 km/h.
21．见解析
【详解】
根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互接近，间距变小，观察者接收的频率增大；当波源与观察者相互远离，间距变大，观察者接收的频率减小。
人造地球卫星经过跟踪站的上空，靠近跟踪站时，地面接收到的讯号频率增大，当向远离跟踪站的方向飞去时，地面接收到的讯号频率减小。
22．见解析
【详解】
光波会由于多普勒效应而发生波长的变化。恒星的光谱中有一系列吸收线，如果恒星远离我们而去，我们观测到的这些吸收线就会向光波的红端（长波）方向移动，称为谱线红移。反之，当恒星朝向我们而来时，观测谱线会向光波的蓝端（短波）方向移动，称为谱线蓝移。测出谱线红移或蓝移的量，根据多普勒效应的公式，我们就可以得出恒星朝向或者远离我们的速度了。
23．超速，见解析
【详解】
巡警车接收到的超声波频率比发出时低，由多普勒效应可知，巡警车与轿车在相互远离。又由于巡警车在后且车速恒定，所以轿车的速度大于100 km/h，已经超速。
24．
【详解】
设波源发射的超声波频率为=，汽车接收到的频率为，并把它反射回去，固定接收站接收到的频率为=，超声波在空气里的传播速度为v=，汽车的行驶速度为u．超声波在空气中的波长为，则，汽车每秒钟接收到的超声波的波数，即频率
汽车反射回的超声被在空气中的波长
固定接收器接收到的频率
==f
由此可以解得汽车的行驶速度
u=v=15.7m/s=56.5km/h
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