3.5．多普勒效应--高中物理选择性必修一素养提升学案
文档属性
| 名称 | 3.5．多普勒效应--高中物理选择性必修一素养提升学案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-03-12 14:01:16 | ||
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文档简介
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高中物理选择性必修一素养提升学案
第三章 机械波
3.5．多普勒效应
【核心素养目标】
物理观念
知道多普勒效应，了解多普勒效应产生的机理。
科学思维
能根据相对运动理解多普勒效应。
科学探究
经历探究多普勒效应的过程。
科学态度与责任
了解多普勒效应在生活和科技中的应用，培养学习兴趣。
【知识点探究】
1．定义：波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。
2．产生原因：
(1)波源与观察者相互靠近时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，即观察到的频率变大。
(2)波源与观察者相互远离时，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
向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血流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。
【温馨提示】
(1)当波源和观察者相向运动时，一定会发生多普勒效应。当波源和观察者向同一个方向运动时，若两者速度相等，则不发生多普勒效应。若两者速度不相等，则发生多普勒效应。 (×)
(2)火车的音调越来越高，声音频率增大，说明火车正从远处靠近观察者。 (√)
(3)所有波都能发生多普勒效应。
【考点探究】
多普勒效应的理解及应用
美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
(1)波源的频率由谁决定？
(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？
提示：(1)由波源决定。
(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
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，如图所示 若靠近波源，由A→B，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→S2，如图所示 f波源＜f观察者，音调变高
2.成因归纳：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。
3．多普勒效应在生产和生活中的应用
(1)多普勒效应测车速。
(2)医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。
(3)电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。
(4)用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。
【考查角度1】 多普勒现象的分析
【典例1】 如图表示产生机械波的波源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)观察到的波的频率最低的点是( )
A．A点 B．B点
C．C点 D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的现象分析，判断问题时必须先明确如下几点：①常见的波动现象有哪些？②怎样根据波形判断波源的移动方向？③波源的移动对观察到的波的频率有何影响？
【答案】(1)D (2)A (3)B
【解析】(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。
(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确。
(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到波的频率最低，即B选项正确。
【考查角度2】 多普勒现象的应用
【典例2】)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率。下列说法正确的是( )
A．车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高
B．车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低
C．警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低
D．警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变
【答案】AB
【解析】
车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，选项A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，选项B正确，D错误。
【方法归纳】
多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(波源与观察者)。
(2)确定波源与观察者两者间距是否发生变化，若有变化，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，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
【同步训练】
1．(多选)下列现象属于多普勒效应的是( )
A．远去的汽车声音越来越小
B．炮弹迎面飞来，声音刺耳
C．火车向你驶来时，音调变高；驶离你而去时，音调变低
D．大风中，远处人的说话声时强时弱
【答案】BC
【解析】A项和D项中所说的现象是能量传播的问题，不是多普勒效应。B、C两项所发生的现象是多普勒效应。
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表示声源的速度，v表示声波的速度(uA．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
【答案】B
【解析】机械波在介质中的速度由介质决定，与波的频率、波源的速度无关，因此不论u如何变化，v都不变，声源向着接收器运动，接收器单位时间接收到的完全波的个数增加，波源的速度越大，单位时间接收到的完全波的个数越多，因此u增大时，f增大，B正确。]
3．下列选项与多普勒效应有关的是( )
A．科学家用激光测量月球与地球间的距离
B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速
C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度
【答案】BD
【解析】当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故A、C错误；当观察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D正确。
4．（2023山东枣庄高二期末）如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回 摆动，据图乙，下列关于女同学的感受的说法正确的是（ ）
A．女同学从 A 向 B 运动过程中，她听到的哨声音调变低
B．女同学从 E 向 D 运动过程中，她听到的哨声音调变高
C．女同学在点 C 向右运动时，她听到的哨声音调不变
D．女同学在点 C 向左运动时，她听到的哨声音调变低
【答案】D.
【解析】根据多普勒效应 ，当声源不动时，观察者向着声源运动时，听到的哨声音调变高，远离声源运动时，听到的哨声音调变低，所以ABC错误；D正确。
5. （2022河南南阳一中质检）下列物理现象，说法正确的是（ ）
A. 闻其声而不见其人，是波的共振现象
B. 环绕发声的双股音叉绕一圈，听到声音忽强忽弱，是波的干涉现象
C. 夏天雷雨后路面上油膜呈现彩色，是因为光沿直线传播
D. 当正在鸣笛的火车急驶而来时，我们听到汽笛声音调变高，这是多普勒效应现象
E. 看立体电影时戴上特质的眼镜，这样看到电影画面的效果具有立体感，是利用光的偏振现象
【答案】BDE
【解析】
闻其声而不见其人，这是声音的衍射现象，A错误；环绕发声的双股音叉绕一圈，听到声音忽强忽弱，是因为音叉发出两个频率相同的声波相互叠加，从而出现加强区和减弱区，这是声音的干涉现象，B正确；
夏天雷雨后路面上油膜呈现彩色，是薄膜干涉现象，C错误；当正在鸣笛的火车急驶而来时，我们听到汽笛声音调变高，音调变高就是频率变高，这是多普勒效应现象，D正确；看立体电影时戴上特质的眼镜，这样看到电影画面的效果具有立体感，是利用光的偏振现象，E正确；故选BDE
6.（2021云南四川贵州西藏四省区名校第一次大联考）(5分)下列说法正确的是 。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)
A.男高音和女高音歌唱家所发出的声波可能会发生干涉现象
B.机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率
C.如果波源停止振动，在介质中传播的机械波也会立即消失
D..若观察者逐渐靠近波源，则所接收到的波的频率大于波源的频率
【答案】BD
【解析】
男高音和女高音歌唱家所发出的声波的频率不同，频率不同的声波不会发生干涉现象，选项A错误；由于在机械波传播的介质中，介质中各个质点都做受迫振动，所以机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率，选项B正确；如果波源停止振动，在介质中传播的机械波继续向前传播，选项C错误；根据多普勒效应，若观察者逐渐靠近波源，则所接收到的波的频率大于波源的频率，选项D正确。
7．生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应。图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波，由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同。利用频率差f接收－f发出就能计算出车辆的速度，已知发出和接收的频率间关系为f接收＝f发出，式中c为真空中的光速，若f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz。则
被测车辆的速度大小为多少？
[解析] 将f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz
c＝3×108 m/s 代入f接收＝f发出
可得v车＝30 m/s。
[答案] 30 m/s
【知识拓展】
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫(G.Gamow)和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家W·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度)，得出了46 km/s的速度值。
问题
1．多普勒效应是什么现象？
提示：当发生相对运动时，感觉接收到声音的频率发生改变的现象。
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
提示：没有。
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第三章 机械波
3.5．多普勒效应
【核心素养目标】
物理观念
知道多普勒效应，了解多普勒效应产生的机理。
科学思维
能根据相对运动理解多普勒效应。
科学探究
经历探究多普勒效应的过程。
科学态度与责任
了解多普勒效应在生活和科技中的应用，培养学习兴趣。
【知识点探究】
1．定义：波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。
2．产生原因：
(1)波源与观察者相互靠近时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，即观察到的频率变大。
(2)波源与观察者相互远离时，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
向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血流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。
【温馨提示】
(1)当波源和观察者相向运动时，一定会发生多普勒效应。当波源和观察者向同一个方向运动时，若两者速度相等，则不发生多普勒效应。若两者速度不相等，则发生多普勒效应。 (×)
(2)火车的音调越来越高，声音频率增大，说明火车正从远处靠近观察者。 (√)
(3)所有波都能发生多普勒效应。
【考点探究】
多普勒效应的理解及应用
美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
(1)波源的频率由谁决定？
(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？
提示：(1)由波源决定。
(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
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，如图所示 若靠近波源，由A→B，则f波源
观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示 f波源＜f观察者，音调变高
2.成因归纳：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。
3．多普勒效应在生产和生活中的应用
(1)多普勒效应测车速。
(2)医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。
(3)电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。
(4)用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。
【考查角度1】 多普勒现象的分析
【典例1】 如图表示产生机械波的波源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)观察到的波的频率最低的点是( )
A．A点 B．B点
C．C点 D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的现象分析，判断问题时必须先明确如下几点：①常见的波动现象有哪些？②怎样根据波形判断波源的移动方向？③波源的移动对观察到的波的频率有何影响？
【答案】(1)D (2)A (3)B
【解析】(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。
(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确。
(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到波的频率最低，即B选项正确。
【考查角度2】 多普勒现象的应用
【典例2】)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率。下列说法正确的是( )
A．车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高
B．车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低
C．警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低
D．警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变
【答案】AB
【解析】
车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，选项A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，选项B正确，D错误。
【方法归纳】
多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(波源与观察者)。
(2)确定波源与观察者两者间距是否发生变化，若有变化，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，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
【同步训练】
1．(多选)下列现象属于多普勒效应的是( )
A．远去的汽车声音越来越小
B．炮弹迎面飞来，声音刺耳
C．火车向你驶来时，音调变高；驶离你而去时，音调变低
D．大风中，远处人的说话声时强时弱
【答案】BC
【解析】A项和D项中所说的现象是能量传播的问题，不是多普勒效应。B、C两项所发生的现象是多普勒效应。
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表示声源的速度，v表示声波的速度(u
C．f不变，v增大 D．f减小，v不变
【答案】B
【解析】机械波在介质中的速度由介质决定，与波的频率、波源的速度无关，因此不论u如何变化，v都不变，声源向着接收器运动，接收器单位时间接收到的完全波的个数增加，波源的速度越大，单位时间接收到的完全波的个数越多，因此u增大时，f增大，B正确。]
3．下列选项与多普勒效应有关的是( )
A．科学家用激光测量月球与地球间的距离
B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速
C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度
【答案】BD
【解析】当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故A、C错误；当观察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D正确。
4．（2023山东枣庄高二期末）如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回 摆动，据图乙，下列关于女同学的感受的说法正确的是（ ）
A．女同学从 A 向 B 运动过程中，她听到的哨声音调变低
B．女同学从 E 向 D 运动过程中，她听到的哨声音调变高
C．女同学在点 C 向右运动时，她听到的哨声音调不变
D．女同学在点 C 向左运动时，她听到的哨声音调变低
【答案】D.
【解析】根据多普勒效应 ，当声源不动时，观察者向着声源运动时，听到的哨声音调变高，远离声源运动时，听到的哨声音调变低，所以ABC错误；D正确。
5. （2022河南南阳一中质检）下列物理现象，说法正确的是（ ）
A. 闻其声而不见其人，是波的共振现象
B. 环绕发声的双股音叉绕一圈，听到声音忽强忽弱，是波的干涉现象
C. 夏天雷雨后路面上油膜呈现彩色，是因为光沿直线传播
D. 当正在鸣笛的火车急驶而来时，我们听到汽笛声音调变高，这是多普勒效应现象
E. 看立体电影时戴上特质的眼镜，这样看到电影画面的效果具有立体感，是利用光的偏振现象
【答案】BDE
【解析】
闻其声而不见其人，这是声音的衍射现象，A错误；环绕发声的双股音叉绕一圈，听到声音忽强忽弱，是因为音叉发出两个频率相同的声波相互叠加，从而出现加强区和减弱区，这是声音的干涉现象，B正确；
夏天雷雨后路面上油膜呈现彩色，是薄膜干涉现象，C错误；当正在鸣笛的火车急驶而来时，我们听到汽笛声音调变高，音调变高就是频率变高，这是多普勒效应现象，D正确；看立体电影时戴上特质的眼镜，这样看到电影画面的效果具有立体感，是利用光的偏振现象，E正确；故选BDE
6.（2021云南四川贵州西藏四省区名校第一次大联考）(5分)下列说法正确的是 。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)
A.男高音和女高音歌唱家所发出的声波可能会发生干涉现象
B.机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率
C.如果波源停止振动，在介质中传播的机械波也会立即消失
D..若观察者逐渐靠近波源，则所接收到的波的频率大于波源的频率
【答案】BD
【解析】
男高音和女高音歌唱家所发出的声波的频率不同，频率不同的声波不会发生干涉现象，选项A错误；由于在机械波传播的介质中，介质中各个质点都做受迫振动，所以机械波中某一质点的振动频率一定等于该机械波波源的振动频率，选项B正确；如果波源停止振动，在介质中传播的机械波继续向前传播，选项C错误；根据多普勒效应，若观察者逐渐靠近波源，则所接收到的波的频率大于波源的频率，选项D正确。
7．生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应。图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波，由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同。利用频率差f接收－f发出就能计算出车辆的速度，已知发出和接收的频率间关系为f接收＝f发出，式中c为真空中的光速，若f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz。则
被测车辆的速度大小为多少？
[解析] 将f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz
c＝3×108 m/s 代入f接收＝f发出
可得v车＝30 m/s。
[答案] 30 m/s
【知识拓展】
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫(G.Gamow)和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家W·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度)，得出了46 km/s的速度值。
问题
1．多普勒效应是什么现象？
提示：当发生相对运动时，感觉接收到声音的频率发生改变的现象。
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
提示：没有。
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