高中物理人教版选修3-4 学案 第十二章 第5节 多普勒效应 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 学案 第十二章 第5节 多普勒效应 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 135.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-27 09:46:12 | ||
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文档简介
第5节 多普勒效应
1．了解多普勒效应，初步理解多普勒效应的产生原因。
2．能运用多普勒效应解释一些物理现象，了解多普勒效应的应用。
一、多普勒效应
当波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象。
二、多普勒效应产生的原因
1．当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。
2．当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，观测到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观测到的频率变小。
三、多普勒效应的应用
1．测车辆速度：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，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
3．测血流速度：医生向人体内发射频率已知的超声波，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。
判一判
(1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。( )
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。( )
(3)只有横波才能发生多普勒效应。( )
(4)只有声波才能发生多普勒效应。( )
(5)当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小。( )
提示：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
想一想
炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变化？为什么？
提示：波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，声波频率的变化会引起音调的变化，由于炮弹离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低。
课堂任务 多普勒效应的理解及应用
1．波源频率、接收频率和音调
(1)波源频率：波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波。频率表示单位时间内完成的全振动的次数。因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数。
(2)接收频率
①波源和观察者相对静止时，观察者接收到的波的频率等于波源的频率。
②波源和观察者有相对运动时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即接收到的波的频率发生变化。
波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的波的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的波的频率减小。
(3)音调：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低。观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的声波的频率，即单位时间内接收到的声波的完全波个数决定的。
2．多普勒效应成因分析
(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
f波源＝f观察者
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C
若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者；若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者
观察者A不动，波源S运动，由S→S2
f波源＜f观察者
(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．多普勒效应的应用
(1)测车辆速度：交通警察向行进中的车辆发射一个已知频率的超声波，波被运动的车辆反射回来时，交通警察根据反射波频率变化的多少可知车辆的速度。
(2)测天体速度：根据光波的多普勒效应，在地球上接收到的遥远天体上某些元素发出的光波频率，与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可以判断遥远天体相对地球的运动速度。
(3)医用“彩超”：医生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，据此诊断疾病。
(4)听音辨向：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。
例 公路巡警车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，巡警车向前方在同一车道上的一辆轿车发出一束已知频率的电磁波，结果该电磁波被此辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。
(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)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？
(3)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的电磁波频率应怎样变化？
(1)多普勒效应的产生原因是什么？
提示：波源与观察者之间发生了相对运动，导致二者间距改变。
(2)发生多普勒效应时，若接收频率变小，说明波源和观察者距离如何变化？
提示：若接收频率变小，说明波源和观察者距离增大。
[规范解答] (1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，此现象为多普勒效应，故选C。
(2)因巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故轿车超速。
(3)若轿车以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频率应变大。
[完美答案] (1)C (2)超速 (3)变大
1.多普勒效应易错注意
?1?发生多普勒效应时，接收到的波的频率发生变化，但波源的频率并没有变化。
?2?是否发生多普勒效应取决于观察者与波源是否存在相互靠近或相互远离。波速只取决于介质，与是否发生多普勒效应无关。
?3?多普勒效应是波共有的特征，机械波、电磁波或光波都会发生多普勒效应。
2.多普勒效应的判断方法
?1?确定研究对象?波源与观察者?。
?2?确定波源与观察者是否有相互靠近或相互远离。若有相互靠近或相互远离，则发生多普勒效应，否则不会发生。
?3?判断：当两者相互远离时，观察者接收到的波的频率变小；当两者相互靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
如图所示，O是一个声波的波源，发出的一系列声波为如图所示的一组圆面，A、B是两个观察者的位置，则下列叙述正确的是( )
A．波源正向A点移动，A处听到的音调较高
B．波源正向A点移动，B处听到的音调较高
C．波源正向B点移动，A处听到的音调较高
D．波源正向B点移动，B处听到的音调较高
答案 A
解析 由图可看出，靠A这一侧波的波长变短，靠B这一侧波长变长，故波源正向A运动。A处接收到的波的波长变短，但波速不变，从而使接收到的波的频率变大，因而A处听到的音调变高，同理，B处听到的音调变低，故A处听到的音调比B处较高。故A正确。
(多选)如图所示，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播，波速v＝400 m/s。为了接收信号，在x＝400 m处设有一接收器A(图中未标出)。已知t＝0时，波已经传播到x＝40 m处，则下列说法中不正确的是( )
A．波源振动的周期为0.05 s
B．x＝40 m处的质点在t＝0.5 s时位移最大
C．接收器在t＝1.0 s时才能接收到此波
D．若波源向x轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于20 Hz
答案 BC
解析 波源振动的周期T＝＝ s＝0.05 s，频率f＝＝20 Hz，A正确；x＝40 m处的质点在t＝0.5 s＝10T时仍在平衡位置，B错误；接收器接收到此波的时间t＝ s＝0.9 s，C错误；若波源向x轴负方向移动，则波源远离接收器，根据多普勒效应，接收器接收到的波的频率将小于20 Hz，D正确。
1．了解多普勒效应，初步理解多普勒效应的产生原因。
2．能运用多普勒效应解释一些物理现象，了解多普勒效应的应用。
一、多普勒效应
当波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象。
二、多普勒效应产生的原因
1．当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。
2．当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，观测到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观测到的频率变小。
三、多普勒效应的应用
1．测车辆速度：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，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
3．测血流速度：医生向人体内发射频率已知的超声波，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。
判一判
(1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。( )
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。( )
(3)只有横波才能发生多普勒效应。( )
(4)只有声波才能发生多普勒效应。( )
(5)当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小。( )
提示：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
想一想
炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变化？为什么？
提示：波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，声波频率的变化会引起音调的变化，由于炮弹离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低。
课堂任务 多普勒效应的理解及应用
1．波源频率、接收频率和音调
(1)波源频率：波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波。频率表示单位时间内完成的全振动的次数。因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数。
(2)接收频率
①波源和观察者相对静止时，观察者接收到的波的频率等于波源的频率。
②波源和观察者有相对运动时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即接收到的波的频率发生变化。
波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的波的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的波的频率减小。
(3)音调：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低。观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的声波的频率，即单位时间内接收到的声波的完全波个数决定的。
2．多普勒效应成因分析
(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
f波源＝f观察者
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C
若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者；若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者
观察者A不动，波源S运动，由S→S2
f波源＜f观察者
(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．多普勒效应的应用
(1)测车辆速度：交通警察向行进中的车辆发射一个已知频率的超声波，波被运动的车辆反射回来时，交通警察根据反射波频率变化的多少可知车辆的速度。
(2)测天体速度：根据光波的多普勒效应，在地球上接收到的遥远天体上某些元素发出的光波频率，与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可以判断遥远天体相对地球的运动速度。
(3)医用“彩超”：医生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，据此诊断疾病。
(4)听音辨向：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。
例 公路巡警车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，巡警车向前方在同一车道上的一辆轿车发出一束已知频率的电磁波，结果该电磁波被此辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。
(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)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？
(3)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的电磁波频率应怎样变化？
(1)多普勒效应的产生原因是什么？
提示：波源与观察者之间发生了相对运动，导致二者间距改变。
(2)发生多普勒效应时，若接收频率变小，说明波源和观察者距离如何变化？
提示：若接收频率变小，说明波源和观察者距离增大。
[规范解答] (1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，此现象为多普勒效应，故选C。
(2)因巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故轿车超速。
(3)若轿车以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频率应变大。
[完美答案] (1)C (2)超速 (3)变大
1.多普勒效应易错注意
?1?发生多普勒效应时，接收到的波的频率发生变化，但波源的频率并没有变化。
?2?是否发生多普勒效应取决于观察者与波源是否存在相互靠近或相互远离。波速只取决于介质，与是否发生多普勒效应无关。
?3?多普勒效应是波共有的特征，机械波、电磁波或光波都会发生多普勒效应。
2.多普勒效应的判断方法
?1?确定研究对象?波源与观察者?。
?2?确定波源与观察者是否有相互靠近或相互远离。若有相互靠近或相互远离，则发生多普勒效应，否则不会发生。
?3?判断：当两者相互远离时，观察者接收到的波的频率变小；当两者相互靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
如图所示，O是一个声波的波源，发出的一系列声波为如图所示的一组圆面，A、B是两个观察者的位置，则下列叙述正确的是( )
A．波源正向A点移动，A处听到的音调较高
B．波源正向A点移动，B处听到的音调较高
C．波源正向B点移动，A处听到的音调较高
D．波源正向B点移动，B处听到的音调较高
答案 A
解析 由图可看出，靠A这一侧波的波长变短，靠B这一侧波长变长，故波源正向A运动。A处接收到的波的波长变短，但波速不变，从而使接收到的波的频率变大，因而A处听到的音调变高，同理，B处听到的音调变低，故A处听到的音调比B处较高。故A正确。
(多选)如图所示，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播，波速v＝400 m/s。为了接收信号，在x＝400 m处设有一接收器A(图中未标出)。已知t＝0时，波已经传播到x＝40 m处，则下列说法中不正确的是( )
A．波源振动的周期为0.05 s
B．x＝40 m处的质点在t＝0.5 s时位移最大
C．接收器在t＝1.0 s时才能接收到此波
D．若波源向x轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于20 Hz
答案 BC
解析 波源振动的周期T＝＝ s＝0.05 s，频率f＝＝20 Hz，A正确；x＝40 m处的质点在t＝0.5 s＝10T时仍在平衡位置，B错误；接收器接收到此波的时间t＝ s＝0.9 s，C错误；若波源向x轴负方向移动，则波源远离接收器，根据多普勒效应，接收器接收到的波的频率将小于20 Hz，D正确。