山东省章丘中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：2.4多普勒效应及其应用 配套练习（含解析）

2.4多普勒效应及其应用配套练习
1．分析下列物理现象，这些物理现象分别属于声波的（
）
①“闻其声而不见其人”；
②夏天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；
③当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高；
④围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音。
A．衍射、折射、干涉、多普勒效应
B．折射、反射、干涉、多普勒效应
C．衍射、反射、多普勒效应、干涉
D．折射、衍射、多普勒效应、干涉
2．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
3．2019年的诺贝尔物理学奖于10月8日公布，有一半的奖金归属了一对师徒——瑞士的天文学家MichelMayor和DidierQueloz，以表彰他们“发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星"。由于行星自身不发光，所以我们很难直接在其他恒星周围找到可能存在的系外行星，天文学家通常都采用间接的方法来侦测太阳系外的行星，视向速度法是目前为止发现最多系外行星的方法。行星自身的质量使得行星和恒星围绕着他们共同的质量中心在转动，在地球上用望远镜就有可能看到行星引力对于恒星的影响。在视线方向上，恒星受行星引力作用，时而远离时而靠近我们，这种细微的摇摆反应在光谱上，就会造成恒星光谱不断地红移和蓝移。我们称这种探测系外行星的方法为视向速度法。结合以上信息，下列说法正确的是（　　）
A．在绕着共同的质量中心转动的恒星和行星组成的双星系统中，恒星和行星做圆周运动的线速度大小一定相等
B．在绕着共同的质量中心转动的恒星和行星组成的双星系统中，由于恒星质量大，转动半径小，所以恒星做圆周运动的周期比行星的周期小
C．若某恒星在靠近我们，该恒星发出光的频率将变高，因此接收到的频率就会变高，即恒星光谱会出现蓝移
D．若某恒星在远离我们，该恒星发出光的频率不变，但我们接收到的频率会比它发出时的频率低，即恒星光谱会出现红移
4．关于机械波的特性，下列说法正确的是（　　）
A．频率不同的同类机械波相遇时，可以叠加，但不会发生干涉现象
B．机械波在进入两种不同介质界面前后，波速不变，频率随波长变化
C．只有波长比障碍物的尺寸小或相差不多的时候才会发生明显的衍射现象
D．火车鸣笛时向我们驶来，听到的笛声频率将比声源发出的频率低，声音变得低沉
5．关于多普勒效应的叙述，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和波源之间发生了相对运动
C．甲、乙两列车相向行驶正在接近，两车均鸣笛，且所发出的笛声频率相同，乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他所听到的乙车笛声频率
D．哈勃太空望远镜发现所接受到的来自于遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的波长均变长（称为哈勃红移），这说明该星系正在远离我们而去
6．下面哪些应用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．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况
D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
7．关于声波，下列说法正确的是________。
A．声波和电磁波都能在真空中传播
B．声波的多普勒效应被应用在医疗中的“B超”检查
C．声波只能产生衍射现象而不能产生干涉现象
D．频率不同的声波在同种介质中的传播速度相同
E.蝙蝠是利用超声波来定位猎物的
8．关于多普勒效应的叙述，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和波源之间发生了相对运动
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，乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他所听到的乙车笛声频率
D．来自某遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的频率均变小，说明该星系正在远离我们而去
9．在同一地点有两个静止的声源，发出声波1和声波2在同一空间的空气中沿同一方向传播，如图所示为某时刻这两列波的图像，则下列说法中正确的是：
A．波1速度比波2速度大
B．相对于同一障碍物，波1比波2更容易发生衍射现象
C．这两列波传播的方向上，不会产生稳定的干涉现象
D．这两列波传播的方向上运动的观察者，听到的这两列波的频率可以相同
10．下列说法正确的是（
）
A．机械波波源在均匀介质中无论运动与不运动，波在介质中的传播速度均不变
B．利用单摆测重力加速度试验中，小球的质量不需要测量
C．在障碍物的后面人可以听到前面人说话的声音是衍射现象
D．当观察者与波源相向运动时，波源的频率变高了
11．右图反映了飞机以一定速度在空中（不考虑空气的流动）水平飞行时产生声波的情况．图中一系列圆表示声波的传播情况，A点表示飞机的位置．静止在B点的人听到的音调_______（填变高、变低或者不变）．这种现象叫做_______．
12．一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．
13．随着科技的发展和作战的需要，现在的战斗机飞得越来越快，甚至有些战斗机的速度超过了声音在空气中的传播速度．假设某爆炸声在空气中的传播速度为，一架战斗机正在爆炸点附近远离它飞行，要使飞行员听不到爆炸声，战斗机飞行的速度至少多大？
参考答案
1．C
【解析】
闻其声而不见其人”属于声音的衍射；夏天里在一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝,属于声音的反射；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声的音调变高,属于波的多普勒效应；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音,属于声音的干涉
故C正确；ABD错误；故选C
2．D
【解析】
波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的反射超声波与测速监视器发出的超声波相比波速不变；根据声音的多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的反射波与发出的超声波相比频率变大。
A.
频率不变，波速变小，与结论不相符，选项A不符合题意；
B.
波速不变，频率变小，与结论不相符，选项B不符合题意；
C.
频率不变，波速变大，与结论不相符，选项C不符合题意；
D.
波速不变，频率变大，与结论相符，选项D符合题意；
3．D
【解析】
AB．双星间的万有引力提供它们各自圆周运动的向心力，则恒星和行星做圆周运动的角速度大小相等，周期相同，则
可得
由于恒星与行星质量不同，则轨道半径不同，由公式可知，恒星和行星做圆周运动的线速度大小不同，故AB错误；
C．根据多普勒效应可知，若某恒星在靠近我们，该恒星发出光的频率不变，但我们接收到的频率会比它发出时的频率，即恒星光谱会出现蓝移，故C错误；
D．根据多普勒效应可知，若某恒星在远离我们，该恒星发出光的频率不变，但我们接收到的频率会比它发出时的频率低，即恒星光谱会出现红移，故D正确。
故选D。
4．A
【解析】
A．频率相同是发生干涉现象的必要条件，故频率不同的同类机械波相遇时，可以叠加，但不会发生干涉现象。故A正确；
B．机械波在进入两种不同介质界面前后，频率不变，波长与波速变化。故B错误；
C．发生明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸比波长小或相差不多。故C错误；
D．火车鸣笛时向我们驶来，距离变小，听到的笛声频率将比声源发出的频率高，声音变得高亢。故D错误。
故选A。
5．BD
【解析】
AB.
产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致接收到的波频发生变化，故A错误，B正确；
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，因乙车中的乘客相对甲车靠近，而相对乙车静止，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.
哈勃太空望远镜发现所接收到的来自于遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的波长均变长（称为哈勃红移），即频率变小，说明该星系正在远离我们而去，故D正确；
6．ABD
【解析】
凡是波都能发生多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对于地球运动的速度；利用多普勒效应制作的测速仪常用于交通警察测量汽车的速度；铁路工人是根据振动的强弱（并非多普勒效应）而对火车的运动进行判断的；炮弹飞行时，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动有关．因此只有选项C没有利用多普勒效应；故选C．
7．BDE
【解析】
A.电磁波能在真空中传播，声波不能在真空中传播，选项A错误；
B.
声波的多普勒效应被应用在医疗中的“B超”检查，选项B正确；
C.
声波即能产生衍射现象，也能产生干涉现象，选项C错误；
D.
频率不同的声波在同种介质中的传播速度相同，选项D正确；
E.
蝙蝠是利用超声波来定位猎物的，选项E正确。
故选BDE。
8．BD
【解析】
A．多普勒效应说明观察者与波源有相对运动时，接收到的波频率会发生变化，但波源的频率不变，故A错误；
B．产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动，故B正确；
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，乙车相对与甲车在靠近甲车，所以乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率变大，而乙车中的旅客与乙车相对静止，所以他所听到的乙车笛声频率不变，故C错误；
D．来自于遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的频率均变小，根据多普勒效应特点，说明该星系正在远离我们而去，根据
可知光谱中各条谱线的波长均变长（称为哈勃红移），故D正确。
故选BD。
9．BC
【解析】
A、两列声波在同一空间的空气中沿同一方向传播，波速相同．故A错误．
B、声波1的波长较长，相对于同一障碍物，波1比波2发生衍射现象更明显．故B正确．
C、由于两列波的频率不同，不会产生稳定的干涉现象．故C正确．
D、由于波2的频率大于波1的频率，在这两列波传播的方向上运动的观察者，听到的这两列波的频率不会相同，故D错误．
故选BC。
10．ABC
【解析】
A．只要波已经形成，机械波波源在均匀介质中无论运动与不运动，波在介质中的传播速度均不变，故A正确；
B．由于周期与球的质量无关，故在利用单摆测重力加速度实验中，小球的质量不需要测量，故B正确；
C．发生衍射就是波传到障碍物或孔的后面，偏离原来的直线方向传播，在障碍物的后面可以听到前面人说话的声音是衍射现象，故C正确；
D．多普勒效应说明观察者与波源有相对运动时，接收到的波频率会发生变化，但波源的频率不变，故D错误；
故选ABC。
11．变低
多普勒效应
【解析】
飞机远离B运动，在B点的人在单位时间内的得到的完整的波的个数变少，则人听到的飞机的声音的频率变低；这种现象叫多普勒效应．
12．
【解析】
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
13．
【解析】
要使飞行员恰好听不到爆炸声，即飞行员正好一个声波也接收不到，则他随战斗机运动的速度应与波峰前进的速度一样，即战斗机应以的速度飞行远离爆炸点．