人教版(2019)物理选修一同步学习笔记:3.5多普勒效应(有解析)

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名称 人教版(2019)物理选修一同步学习笔记:3.5多普勒效应(有解析)
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文件大小 1.8MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-12-07 15:01:57

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人教版(2019)物理选修一同步学习笔记:3.5多普勒效应
一、多普勒效应
1.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,如图所示 INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\3-105.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\3-105.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-105.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-105.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\2022\\同步\\看ppt\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-105.TIF" \* MERGEFORMATINET 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 INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\3-106.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\3-106.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-106.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-106.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\2022\\同步\\看ppt\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-106.TIF" \* MERGEFORMATINET 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 INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\3-107.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\3-107.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-107.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2022\\同步\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-107.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\2022\\同步\\看ppt\\物理 人教 选择性必修第一册(苏京)\\全书完整的Word版文档\\3-107.TIF" \* MERGEFORMATINET f观察者>f波源音调变高
2.成因归纳
(1)根据以上分析可以知道,发生多普勒效应时,一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动,且两者间距发生变化.
(2)发生多普勒效应时,波源的频率保持不变,只是观察者接收到的频率发生了变化.
二、多普勒效应的应用
多普勒效应在生产、生活中的应用越来越广泛,其应用的主要方式是通过测速度来判断研究对象的状况.具体应用如下:
1.超声波测速:发射装置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.根据反射波频率的变化的多少可以知道车辆的速度.
2.医用“彩超”:向人体发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血流反射后被仪器接收.测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度,据此诊断疾病.
3.可根据火车汽笛的音调的变化判断火车是进站还是出站;根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹飞行的方向等.
4.测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,可测得星球靠近或远离地球的速度.若星系远离我们运动,接收到的光波的频率变小,谱线就向频率小的红端移动,这种现象称为红移现象.
考点一 多普勒效应的理解
1.关于多普勒效应,下列说法正确的是( )
A.多普勒效应是由波的干涉引起的
B.多普勒效应是由波源和观察者之间有相对运动而产生的
C.多普勒效应说明波源的频率发生了变化
D.只有波长较大的声波才可以产生多普勒效应
【详解】A.多普勒效应说明波源的相对运动,使观察者收到的频率发生了变化与波的干涉无关,A错误;
BC.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的;当波源与观察者之间有相对运动时,会发生多普勒效应;发生多普勒效应时是接收到的频率发生了变化,但波源的频率没有变化,B正确、C错误;
D.多普勒效应是波的特有性质,故任何波都可以产生多普勒效应,D错误。
故选B。
考点二 多普勒效应的应用
2.火车上有一个声源发出频率一定的乐音,当火车静止、观察者也静止时,观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下情况中,观察者听到这个乐音的音调(频率)一定比原来升高的是(  )
A.观察者静止,火车离他驶去
B.火车静止,观察者乘汽车远离火车运动
C.火车运动,观察者乘汽车迎着火车运动
D.火车运动,观察者乘汽车远离火车运动
【详解】根据多普勒效应,当观察者与声源相对靠近时,观察者接受到的频率增大,当观察者与声源相对远离时,观察者接受到的频率减小,观察者与声源相对静止时,观察者接受到的频率与声源的频率相等,可知上述情景中只有火车运动,观察者乘汽车迎着火车运动时,两者相对靠近,此时观察者听到这个乐音的音调(频率)一定比原来升高。
故选C。
3.下面哪些应用不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,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的运动情况
D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
4.如图所示是产生机械波的波源O做匀速运动的情况,图中的圆表示波峰。下列说法中错误的是(  )
A.该图表示的是多普勒现象
B.此时波源正在向A观测者靠近
C.CD两位观测者此时接收到的频率和波源发出的频率相等
D.B观测者此时接收到的频率小于波源发出的频率
5.根据多普勒效应,下列说法中正确的有(  )
A.医生检查身体用的“B超”是根据超声波的多普勒效应制成的
B.一位有经验的战士听到飞行的炮弹尖叫声越来越尖锐,可以判断炮弹正向他远离
C.根据光波的多普勒效应,由地球接收到遥远天体发出的光波的频率越来越小,可以判断此天体正远离地球
D.当波源和观察者间有相对运动时,观察者接收到的频率一定和波源发出的频率不同
6.如图所示,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,波刚好传播到处.在处有一处于静止状态的接收器(图中未画出),则下列说法错误的是(  )
A.波源振动周期为 B.时,处的质点已运动的路程为
C.接收器在时开始接收此波 D.若波源向x轴正方向运动,接收器接收到的波的频率可能为
7.一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
8.位于坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速为400m/s。已知t=0时,波刚好传播到x=40m处,如图所示,在x=400m处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是(  )
A.波源开始振动时方向沿y轴正方向
B.波源的振动周期为T=0.05s
C.若波源向x轴负方向运动,则接收器接收到的波的频率大于波源的频率
D.该简谐横波在传播过程中只有遇到尺寸等于20m的障碍物时,才会发生明显的衍射现象
9.单音源发生器装置在小车上,其发音频率为f0。图1中小车沿一圆形跑道做匀速圆周运动,观察者甲静止于圆心处,测得频率为f1;图2中小车沿直线向左匀速运动,观察者乙、丙静止于该直线上,丙在乙的右侧,观察者乙测得频率为f2,观察者丙测得频率为f3,则(  )
A. B.
C. D.f1时而大于f0时而小于f0,
10.关于多普勒效应,下列说法正确的是(  )
A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
B.产生多普勒效应的原因是观察者的听力出现了问题
C.甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所发出的笛声频率相同,那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率
D.救护车迎面驶来时,听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应
11.一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
12.关于多普勒效应的叙述,下列说法中正确的是(  )
A.多普勒效应说明波源的频率发生了变化
B.多普勒效应是由于波的干涉引起的
C.多普勒效应是波共有的特征
D.火车向你驶来时,你听到的汽笛声音调变低,火车离你远去时,你听到的汽笛声音调变高
13.根据多普勒效应,下列说法正确的是(  )
A.当波源与观察者有相对运动时,观察者接收到的频率一定发生变化
B.当波源与观察者同向运动时,观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
C.当波源与观察者相向运动时,观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高
D.当波源与观察者反向运动时,观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
14.如图所示是一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况,则(  )
A.该波源正在移向a点
B.该波源正在移向b点
C.在a处观察,波的频率变高
D.在b处观察,波的频率变低
E.在b处观察波的频率变高
15.如图所示,小球P一边贴着水面每秒振动5次,一边沿x轴正方向匀速移动。x=0处是它的初始位置。图示为恰经10个周期时观察到的水面波。则下列说法正确的是(  )
A.位于x轴正方向一侧的观测者,接收频率大于5Hz
B.位于x轴负方向一侧的观测者,接收频率大于5Hz
C.水面波的传播速度是0.2m/s,小球匀速移动的速度是0.1m/s
D.水面波的传播速度是0.4m/s,小球匀速移动的速度是0.2m/s
3.C
【详解】A.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地球运动的速度,A不符合题意;
B.被反射的电磁波,相当于一个运动的物体发出的电磁波,接收到的频率发生变化,由多普勒效应的知识可以求出运动物体的速度,B不符合题意;
C.铁路工人是根据振动的强弱变化而对列车的运动作出判断的,C符合题意;
D.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运动方向有关,D不符合题意。
故选C。
4.C
【详解】A.该图表示由波源移动而引起的多普勒效应,故A正确,不符合题意;
B.由图可知,观测者A在单位时间内接收到的完全波的个数最多,说明波源向A观测者靠近,故B正确,不符合题意;
C.波源与CD观测者间的距离不断增大,故接收到的频率小于波源发出的频率,故C错误,符合题意;
D.波源与观测者B的距离不断增大,故观测者接收到的频率小于波源发出的频率,故D正确,不符合题意。
故选C。
5.C
【详解】A.医生检查身体用的“B超”没有用到多普勒效应,而彩超用了多普勒效应,故A错误;
B.一位有经验的战士听到飞行的炮弹尖叫声越来越尖锐,可以判断炮弹正向他靠近,故B错误;
C.据光波的多普勒效应,由地球接收到遥远天体发出的光波的频率越来越小,可以判断此天体正远离地球,故C正确;
D.当波源和观察者相互靠近或者远离时,观察者接收到的频率一定和波源发出的频率不同,如果沿着波源做圆周运动,距离不变,频率不变,故D错误。
故选C。
6.B
【详解】A.由图像可得波长为,周期
故A正确,不符合题意;
B.时,有
质点在每个周期内运动的路程为,本题中时,处的质点运动的路程为
故B错误,符合题意;
C.波速,在处的接收器接收到波的时间为
故C正确,不符合题意;
D.此波源的振动频率为
若波源向x轴正方向运动,接收器接收到的波的频率将变大,可能为,故D正确,不符合题意。
故选B。
7.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。
8.B
【详解】A.由图像知,波源开始振动的方向沿y轴负方向,A错误;
B.根据图像可知波长
则周期为
B正确;
C.波源向x轴负方向运动,则接收器与波源之间的距离增大,根据多普勒效应可知,接收器接收到的波的频率将小于波源的频率,C错误;
D.该简谐波波长为20m,在传播过程中只有遇到尺寸小于或等于20m的障碍物时才产生明显的衍射现象,但选项中仅说了等于,D错误。
故选B。
9.C
【详解】图1中小车绕着甲做匀速圆周运动,根据多普勒效应可知,小车发出的频率与观察者甲接收到的频率相等,则有
图2中小车向左匀速运动,小车远离乙和丙,根据多普勒效应可知,二者接收到的频率均小于小车发出的频率,且小车相对于乙和丙的运动是相同的,则有
综上所述,有
故选C。
10.D
【详解】AB.产生多普勒效应的原因不是波源频率发生了变化,而是观察者相对波源的位置变化引起了听觉频率的变化,故AB错误;
C.甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且发出的笛声频率相同,那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率高于他听到的乙车笛声频率,故C错误;
D.救护车迎面驶来时,听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应,故D正确。
故选D。
11.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。
12.C
【详解】A.多普勒效应说明波源的相对运动,使观察者收到的频率发生了变化。故A错误;
B.根据上一选项分析,多普勒与波的干涉无关。故B错误;
C.多普勒效应是波共有的特征。故C正确;
D.根据多普勒效应可知,当波源和观察者间距变小,观察者接收到的频率一定比波源频率高,听到的声音音调变高,当波源和观察者间距变大,观察者接收到的频率一定比波源频率低,听到的声音音调变低,故D错误;
故选C。
13.CD
【详解】A.当波源与观察者的相对距离减小时,观察者单位时间内接收到的完整波的个数增多,即观察者接收到的声的频率比波源的频率高;当二者的相对距离增大时,观察者单位时间内接收到的完整波的个数减少,即观察者接收到的声的频率比波源的频率低。当波源与观察者有相对运动,但距离不变时(如圆周运动),则不会出现多普勒效应,A错误;
B.当波源与观察者同向运动时,二者的距离可能增大,也可能减小,也可能不变,B错误;
C.当波源与观察者相向运动时,二者的相对距离减小,,频率变大,C正确;
D.当波源与观察者反向运动时,二者的相对距离增大,频率变小,D正确。
故选CD。
14.ACD
【详解】AB.波面半径大,表示产生时间早,传播时间长。对照图示,可确定出波源由右向左运动,故A项正确,B错误;
CDE.由于观察者不动,故波面经过观察者的速度等于波速,而在a处观察时,相邻波面间距比波源不动时的间距小,因而经过观察者的时间间隔短,频率大;同理在b处的时间间隔长,频率小,所以E错误;CD正确;
故选ACD。
15.AC
【详解】AB.小球每秒振动5次,所以波的频率为5Hz,小球沿x轴正方向匀速移动,根据多普勒效应规律可知,位于x轴正方向一侧的观测者,接收频率大于5Hz,位于x轴负方向一侧的观测者,接收频率小于5Hz,所以A正确;B错误;
CD.小球的振动周期为
小球振动10个周期所用的时间为
小球的速度为
水面波的传播速度为
所以C正确;D错误;
故选AC。
知识梳理
考点归纳
巩固练习
参考答案
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