多普勒效應(yīng)次聲波和超聲波

1、第5講 多普勒效應(yīng)次聲波和超聲波多普勒效應(yīng)當(dāng)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率有了差別，這種現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)。兩者相互接近時(shí)，接收到的頻率升高；兩者相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的頻率降低。在鐵路附近人們會(huì)聽(tīng)到急駛而來(lái)的火車的鳴笛聲音調(diào)高昂；火車馳去時(shí)，鳴笛聲音調(diào)變得低沉，就是一例。這種現(xiàn)象是在1842年由奧地利物理學(xué)家多普勒加以解釋的。波源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有三種情況：一種是波源靜止在媒質(zhì)中，觀察者相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)；第二種是觀察著靜止于媒質(zhì)中，波源相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)；第三種情況是波源與觀察者都相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)觀測(cè)者接收到的頻率 可用下式求出：。式中 是媒質(zhì)中的波速，v是觀察者相對(duì)于媒質(zhì)

2、的速度（當(dāng)觀察者也向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，v取正值；當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，v取負(fù)值。），u是波源相對(duì)于媒質(zhì)的速度（當(dāng)波源向觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，u取正值；當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，u取負(fù)值。教師在線例1一列正在鳴笛的火車，高速通過(guò)某火車站站臺(tái)的過(guò)程中，該火車站站臺(tái)中部的工作人員聽(tīng)到笛聲的頻率（ ）A、變大B、變小C、先變大后變小D、先變小后變大例2交通警察靜立于公路旁，手中的測(cè)速儀發(fā)出頻率為f0=2500Hz的聲波，一輛汽車以72km/h的速度迎面駛來(lái)，試求測(cè)速儀所接收到的反射波的頻率。同步訓(xùn)練1我們騎自行車在公路旁向東走，一輛警車一邊發(fā)出警報(bào)聲，一邊飛速地從東迎面駛來(lái)又飛速向西離去，這一過(guò)程中，我們聽(tīng)到的警報(bào)

3、聲的變化將是（ ）A音調(diào)先高后低 B音調(diào)先低后高 C音調(diào)沒(méi)有明顯變化 D頻率先高后低2如圖1048表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)的情況,圖中的圓表示波峰（1）該圖表示的是（ ）A干涉現(xiàn)象 B衍射現(xiàn)象 C反射現(xiàn)象 D多普勒效應(yīng)（2）波源正在移向（ ）A.A點(diǎn) B.B點(diǎn) C.C點(diǎn) D.D點(diǎn)（3）觀察到波的頻率最低點(diǎn)是（ ）A.A點(diǎn) B.B點(diǎn) C.C點(diǎn) D.D點(diǎn)3關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A當(dāng)波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，才會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng) B當(dāng)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，才會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)C只有機(jī)械波能發(fā)生多普勒效應(yīng) D不僅機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)4有一測(cè)速雷達(dá)，發(fā)射電磁波頻率

4、為f1，想用它來(lái)測(cè)量一迎面開(kāi)來(lái)的汽車的車速，設(shè)該雷達(dá)接收到的從汽車反射回來(lái)的反射波頻率為f2，則（ ）A. f1>f2 B. f1=f2 C. f1<f2 D. 無(wú)法確定5公路巡警開(kāi)車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來(lái)時(shí)，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低，說(shuō)明那輛轎車的車速（ ）A大于100km/h B小于100km/h C等于100km/h D無(wú)法確定6有一種用鋼絲操縱做圓周飛行的飛機(jī)模型，裝有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。操縱者站在圓心，在他聽(tīng)來(lái)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音是平衡不變的，

5、場(chǎng)邊觀察者聽(tīng)到的聲音忽高忽低做周期性變化，這是由于 ，這種現(xiàn)象叫 。拓展嘗新7經(jīng)研究表明，光是一種電磁波，光波和一切波一樣也具有波動(dòng)性。在組成白光的七種單色光中，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)、頻率最低，紫光波長(zhǎng)最短、頻率最高。20世紀(jì)20年代，美國(guó)天文學(xué)家哈勃觀察恒星光譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有恒星原定的譜線都向紅光一端發(fā)生明顯的偏移，這就是著名的“哈勃紅移”。也就是說(shuō)，既然光譜原定的頻率的譜線向紅端移動(dòng)，就是觀測(cè)到光的頻率減小了。據(jù)你所學(xué)過(guò)的知識(shí)，請(qǐng)類比猜想這是光波的什么現(xiàn)象；并簡(jiǎn)單說(shuō)明這一現(xiàn)象能否支持“宇宙是膨脹的”（即“宇宙大爆炸”）這一前沿理論？8一個(gè)觀察者在鐵路旁，當(dāng)火車迎面開(kāi)來(lái)時(shí)，他聽(tīng)到的汽笛聲頻率為f1=4

6、40Hz；當(dāng)火車駛過(guò)他身旁后，他聽(tīng)到的汽笛聲頻率為f2=392Hz，若空氣中聲速為340m/s，求火車的速度。v=19.6m/s次聲波和超聲波次聲波和超聲波（1）人耳能聽(tīng)到的聲波的頻率范圍是有限的，大致在20Hz到20000Hz之間。頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波，頻率高于20000Hz的聲波稱為超聲波。（2）特性和應(yīng)用 次聲波：次聲波傳播距離遠(yuǎn)、速度大于海浪傳播速度和臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的速度，所以接收次聲波可預(yù)報(bào)破壞性很大的海嘯、臺(tái)風(fēng)。 超聲波：超聲波具有不可聞、穿透能力強(qiáng)、液壓沖擊大等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)研究以及醫(yī)療衛(wèi)生中。教師在線例1 有人把鬧鐘放在玻璃罩中，用抽氣機(jī)抽出罩中的空

7、氣，最后聽(tīng)不到鬧鐘鈴聲，裝置如圖所示，用自己的語(yǔ)言解釋這一現(xiàn)象。例2利用超聲波遇到物體發(fā)生反射，可測(cè)定物體運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參量，如1050圖(a)中儀器A和B通過(guò)電纜線駁接，B為超聲波發(fā)射與接收一體化裝置，而儀器A為B提供超聲波信號(hào)源而且能將B接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行處理并在熒幕上顯示其波形?，F(xiàn)固定裝置B，并將它對(duì)準(zhǔn)勻速行駛的小車C，使其每隔固定時(shí)間T0發(fā)射一短促的超聲波脈沖（如圖b中幅度大的波形），而B(niǎo)接收到的由小車C反射波滯后的時(shí)間已在圖b中標(biāo)出，其中T和T為已知量，另外還知道該測(cè)定條件下聲波在空氣中的速度為v0，測(cè)根據(jù)所給信息可判斷小車的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)開(kāi)（填“向左或”向右），速度大小為_(kāi)。同步訓(xùn)練1

8、每個(gè)人能聽(tīng)到的聲音的波長(zhǎng)范圍略有差異，如果某人只能聽(tīng)到波長(zhǎng)為0.02m8.5m范圍的聲音，那么當(dāng)聲速為340m/s時(shí)，他能聽(tīng)到的聲音的最低頻率為 ，最高頻率為 。2超聲波在診斷、醫(yī)療和衛(wèi)生工作中也有廣泛的應(yīng)用，我們?nèi)メt(yī)院看病的時(shí)候，常會(huì)被醫(yī)生要求去做“B超”檢查，所謂“B超”，就是“超聲波B型顯示切面成像的方法”的簡(jiǎn)稱，通過(guò)“B超”檢測(cè)，可探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無(wú)異常。還可以確定腫瘤的有無(wú)、位置和大小等等，對(duì)此下列說(shuō)法不正確的是（ ）A超聲波在水中傳播的距離要比光波和無(wú)線電波遠(yuǎn)得多 B超聲波的穿透能力很強(qiáng)C超聲波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，容易發(fā)生明顯波的衍射現(xiàn)象 D臨床醫(yī)療中，通過(guò)“B超”檢測(cè)人體

9、是利用波的反射特性3有關(guān)超聲波和次聲波的下列說(shuō)法中，正確的是（ ）A次聲波和超聲波都不能引起人類聽(tīng)覺(jué)器官的感覺(jué) B次聲波能發(fā)生衍射現(xiàn)象，而超聲波則不能發(fā)生C超聲波探傷儀利用的是超聲波穿透能力很強(qiáng)的原理D所謂B超就是超聲波B型顯示切面成像方法，是利用超聲波的反射，來(lái)探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無(wú)異常4海豚有完善的聲納系統(tǒng)，它能在黑暗的海水中準(zhǔn)確而快速地捕捉到食物，避開(kāi)敵害，其效果遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代的無(wú)線電定位系統(tǒng)，這是利用海豚自身發(fā)出的超聲波來(lái)完成的。海豚的聲納系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于無(wú)線電定位系統(tǒng)，如雷達(dá)，這是因?yàn)椋?）A海豚發(fā)出的波比無(wú)線電傳播的速度快，方向性好 B海豚發(fā)出的波比無(wú)線電波的頻率高，抗干擾能力

10、強(qiáng)C海豚發(fā)出的波比無(wú)線電波的能量大，傳播距離遠(yuǎn) D海豚發(fā)出的波在水中能量衰減比無(wú)線電波少5下列超聲波的應(yīng)用是依據(jù)超聲波的哪個(gè)重要性質(zhì)？（1）利用超聲波碎膽結(jié)石。 。（2）探查金屬內(nèi)部的缺陷。 。 （3）利用超聲波將物體顆粒擊碎，制造各種納米材料。 。6如圖 (a)是在高速公路上用超聲波測(cè)速儀測(cè)量車速的示意圖，測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào)，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號(hào)間的時(shí)間差，測(cè)出被測(cè)物體的速度。圖(b)中，P1、P2是測(cè)速儀發(fā)出的超聲波信號(hào)，n1、n2分別是P1、P2由汽車反射回來(lái)的信號(hào)。設(shè)測(cè)速儀勻速掃描，P1、P2之間的時(shí)間間隔t=1.0s，超聲波在空氣中傳播的速度是v=340m/s，若汽車在

11、接收到P1、P2兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離是_m，汽車的速度是_m/s。7臺(tái)北消息：1999年9月21日凌晨，臺(tái)灣南投地區(qū)發(fā)生了7.6級(jí)大地震，它是由臺(tái)灣中部大茅雙冬及車籠鋪兩塊斷層受到擠壓，造成劇烈上升及平行移位而形成的.已知地震波分三種：縱波(P波)，速度vP=9.9km/s；橫波(S波)，速度vS=4.5km/s；面波(L波)，速度vL<vS，在淺源地震中破壞力最大。 (1)位于震源上方的南投地區(qū)某中學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有水平擺A與豎直擺B(如圖甲)，地震發(fā)生時(shí)最先劇烈振動(dòng)的是哪個(gè)擺? (2)臺(tái)中市地震觀測(cè)臺(tái)記錄到的地震曲線假若如圖乙所示，則由圖可知a、b、c三種波形各對(duì)應(yīng)于哪種地震波?

12、若在曲線圖上測(cè)得P波與S波的時(shí)間差為7.6S，則地震臺(tái)距震源(Z)多遠(yuǎn)?(3)假若地震P波沿直線傳播到臺(tái)中市時(shí)，當(dāng)?shù)氐乇砟硺?biāo)志物振動(dòng)方向沿圖丙中ZT方向，測(cè)得某時(shí)刻該標(biāo)志物的水平分位移x=23.1mm，豎直分位移y=0.4mm，試由此估算震源深度h.多普勒效應(yīng)答案：教師在線：例1解：當(dāng)聲源向著靜止的觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲波的波長(zhǎng)變短，觀察者接收到的頻率變大；當(dāng)聲源遠(yuǎn)離靜止的觀察者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，觀察者接收到的頻率變小。火車通過(guò)站臺(tái)時(shí)，先靠近站臺(tái)工作人員，然后又遠(yuǎn)離，所以選項(xiàng)C對(duì)。例2解：沒(méi)汽車的運(yùn)動(dòng)速度為v=72km/h=20m/s，汽車接收到的波的頻率為：波被汽車反射后相當(dāng)于波源向觀察者運(yùn)動(dòng)，所以交通警察接收到的聲波頻率為：同步訓(xùn)練：1. AD2. (1)D (2)A (3)B3. AD4. C5. A6. 聲源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，多普勒效應(yīng)7. 略8. 略次聲波和超聲波答案：教師在線例1解：要清楚的解釋這一現(xiàn)象，應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是聽(tīng)不到鬧鐘的鈴聲，是因?yàn)闆](méi)有聲波傳播；二是傳播機(jī)械波的必備條件之一彈性介質(zhì)的存在。玻璃罩內(nèi)被抽成真空，說(shuō)明真空不能傳播機(jī)械波。由繩索波的形成過(guò)程可知機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的機(jī)理質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用的彈力，罩中沒(méi)有空氣，鈴聲就不能對(duì)周圍空間施力，周圍空間就不能將鈴的振動(dòng)向外傳播，故聽(tīng)不到聲音。例2解