3.5多普勒效应 讲义-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册word版含答案

第三章机械波
第5节多普勒效应
【素养目标】
1.通过实验感受多普勒效应。
2.初步定性解释多普勒效应产生的原因。
3.了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。
【必备知识】
一、多普勒效应
1、定义：奥地利物理学家多普勒发现,波源和观察者互相靠近或互相远离时,接收到的波的频率都发生变化。这种现象叫作多普勒效应。
2.多普勒效应的进一步解释
当波源与观察者相对静止时,接收的频率等于波源振动的频率;
当波源与观察者互相靠近时,接收的频率大于波源振动的频率;
当波源与观察者互相远离时,接收的频率小于波源振动的频率。
多普勒效应的应用
超神波测速：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。
医用”彩超”：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。
测量星球速度：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。
【课堂检测】
1.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电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速(
　　)
A.?高于100
km/h??????????????????B.?低于100
km/h??????????????????C.?等于100
km/h??????????????????D.?无法确定
【答案】
A
【解析】由多普勒
效应知，巡警车接收到的频率低了，即观察者接收到的频率低了，说明轿车和巡警车在相互远离，而巡警车速度恒定，因此可以判定轿车的速度比巡警车速度大
，故A正确．
【分析】根据多普勒效应，相对源（一般是声音发出点）靠近的时候，测量的频率会比实际大，相反会变小。
2.轮船在进港途中的x
-t图像如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个(　　)
A.???????????????????????????????B.?
C.?????????????????????????????D.?
【答案】
A
【解析】匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变化，但速度大时频率大，由x
-t图像可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度
，可知
，故A正确。
【分析】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．当波源和观察者距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低。
【素养作业】
1.下列说法正确的是（???
）
A.?传感器是把非电信息转换成电信息的器件或装置
B.?真空中的光速在不同惯性系中测得的数值是不相同的
C.?紫外线常用于医院和食品消毒，是因为它具有显著的热效应
D.?波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率小于波源的频率
【答案】
A
【解析】A.传感器是把被测非电信息转换为电信息的装置，
A符合题意；
B.根据光速不变原理知在不同惯性系中，光在真空中传播速度大小相等，B不符合题意；
C.紫外线常用于医院和食品消毒，但它不具有显著的热效应，反而红外线才是显著的热效应，错误；
D.根据多普勒效应，当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会增加，观察者接收到的频率大于波源的频率，D不符合题意。
故答案为：A
2.下列科学技术在实际的应用中不是应用多普勒效应的是（??
）
A.?医生利用超声波探测病人血管中血液的流速
B.?技术人员用超声波检测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
C.?交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，根据反射波频率变化检测车的速度
D.?利用地球上接收到遥远天体发出的光的频率来判断遥远天体远离或靠近地球的速度
【答案】
B
【解析】多普勒效应是指波源或观察者发生移动，而使两者间的距离发生变化，使观察者收到的频率发生了变化；
A、医生利用超声波探测病人血管中血液的流速利用声波的多普勒效应
B、技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡是利用的是超声波的穿透能力强，与多普勒效应无关
C、交通警察对行进中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生变化，来知道汽车的速度，以便于进行交通管理，利用了多普勒效应
D、利用地球上接收到遥远天体发出的原子光谱线的移动来判断遥远天体相对地球运动的速度，利用了多普勒效应，
本题选不是应用多普勒效应的，
故答案为：B。
3.如下图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的人感受到的声波的频率为f1
，
车右侧B处的人感受到的声波的频率为f2
，
则（??
）
A.?f1＜f
，
f2＜f??????????????????B.?f1＜f
，
f2＞f??????????????????C.?f1＞
f，
f2＞f??????????????????D.?f1＞f
，
f2＜f
【答案】
D
【解析】本题考查多普勒效应，当生源与接收器互相靠近时频率增大，远离频率减小，D对；
故答案为：D
4.2019年4月10日人类第一次发布了世界上首张黑洞图像，利用了射电望远镜对电磁波的捕捉。下列关于波的说法，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，其位移始终保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小
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，接收者接收到的波的频率比波源频率低
【答案】
D
【解析】A.只有两列频率相同，相位差恒定的波叠加才会出现稳定的干涉图样，A不符合题意；
B.
在干涉图样中，振动加强区域的质点，只是振幅变大，其位移随时间周期性的变化；振动减弱区域的质点，只是振幅变小，其位移随时间周期性的变化。B不符合题意；
C.
衍射是波的特有属性，在任何条件下都会发生衍射，只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多，波才会发生明显的衍射，C不符合题意；
D.
根据多普勒效应，当波源远离接收者时，接收者接收到的波的频率比波源频率低，D符合题意。
故答案为：D
5.上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是（??
）
A.?旋转时蜂鸣器发声的频率变化了?????????????????????????????????????B.?由于旋转，改变了同学们听到的声音频率
C.?蜂鸣器音调变高时，一定是向远离观察者的方向运动?????D.?音调的忽高忽低是由波的干涉造成的
【答案】
B
【解析】解：A、旋转时蜂鸣器发声的频率没有变化．故A错误；
B、D、旋转过程中，声源（蜂鸣器）与观察者（同学们）的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变化了，故B正确，D错误．
C、当其远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误．
故选：B
6.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或波源发生运动
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，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.?假设某观测站接收到某星系发出光的波长在逐渐变长，这说明该星系正在远离我们而去
【答案】
D
【解析】解：多普勒效应是指波源或观察者发生移动，而使两者间的位置发生变化，使观察者收到的频率发生了变化；
A、产生多普勒效应的原因是接收频率发生了变化，则声源发出声波的频率不变，故A错误；
B、若声源与观察者间距变化，则观察者接收到的频率变化，从而出现多普勒效应，故B错误；
C、甲、乙两列车相向行驶，观察者靠近波源，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、某观测站接收到某星系发出光的波长在逐渐变长，观察者接收到声波的频率变小，这说明该星系正在远离我们而去，故D正确；
故选：D．
7.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，观察到波的频率最低的位置是（??
）
A.?A???????????????????????????????????????????B.?B???????????????????????????????????????????C.?C???????????????????????????????????????????D.?D
【答案】
B
【解析】解：根据多普勒效应产生的原因，该图表示波源正在向A点移动；
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．当波源和观察者距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，所以观察者观察到波的频率最低的位置是B点．故ACD均错误，B正确．
故选：B
8.下列选项与多普勒效应无关的是（??
）
A.?医生利用超声波探测病人血管中血液的流速
B.?交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆进行的速度
C.?科学家通过比较星球与地球上同种元素发生光的频率来计算星球远离地球的速度
D.?技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
【答案】
D
【解析】解：A、医生利用超声波探测病人血管中血液的流速利用声波的多普勒效应，与多普勒效应有关，故A错误；
B、交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应，与多普勒效应有关，故B错误；
C、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，是光的多普勒效应，与多普勒效应有关，故C错误；
D、技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡是利用穿透能力强，与多普勒效应无关，故D正确．
故选：D