第十二章 5~6

1、5多普勒效應(yīng)6惠更斯原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解多普勒效應(yīng)，并能運用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象.2.知道什么是波面和波線，了解惠更斯原理.3.知道波傳播到兩種介質(zhì)交界面時會發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，并能用惠更斯原理進行解釋一、多普勒效應(yīng)1多普勒效應(yīng)波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現(xiàn)象2多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)當(dāng)波源與觀察者相對靜止時，1 s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察到的頻率等于波源振動的頻率(2)當(dāng)波源與觀察者相向運動時，1 s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加(填“增加”或“減小”)，觀察到的頻率增加(填“增加”或“減小”)；反之，當(dāng)波源與觀察

2、者互相遠離時，觀察到的頻率減小(填“增加”或“減小”)3應(yīng)用(1)測車輛速度(2)測星球速度(3)測血流速度二、惠更斯原理1波面和波線波面：任何振動狀態(tài)相同的點組成的一個個圓波線：代表了波的傳播方向，與波面垂直的線2惠更斯原理(1)定義：介質(zhì)中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進方向的包絡(luò)面就是新的波面(2)應(yīng)用：用惠更斯原理可以說明平面波的傳播，解釋波的衍射，不能解釋波的強度無法說明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物的大小的關(guān)系3波的反射和折射(1)反射現(xiàn)象：波遇到介質(zhì)界面會返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象(2)折射現(xiàn)象：波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生改變的

3、現(xiàn)象即學(xué)即用1判斷下列說法的正誤(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率發(fā)生了變化(×)(2)當(dāng)波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應(yīng)(×)(3)波發(fā)生反射和折射時波的頻率都不變，但波長、波速均發(fā)生變化(×)(4)波的折射現(xiàn)象和反射現(xiàn)象都可以用惠更斯原理解釋()2如圖1表示產(chǎn)生機械波的波源S做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰該圖表示_現(xiàn)象，觀察到波的頻率最高和最低的位置分別是_、_.圖1答案多普勒效應(yīng)AB一、多普勒效應(yīng)導(dǎo)學(xué)探究警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠離的過程，你會聽到警笛的聲音在變化思考下列問題：(1)你聽到警笛的音調(diào)有何不同？(2

4、)實際上警笛的音調(diào)會變化嗎？(3)聽到音調(diào)發(fā)生變化的原因是什么？答案(1)警車駛來時，音調(diào)變高；警車遠離時音調(diào)變低(2)實際上警笛的音調(diào)不會變化(3)警車與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率減小，因此會感覺警笛音調(diào)變化知識深化多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因分析1相對位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所示f觀察者f波源音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運動，由AB或AC，如圖所示若靠近波源，由AB，則f觀察者>f波源，音調(diào)變高；若遠離波源，由AC，則f觀察者<f波源，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運動，由SS，如圖所

5、示f觀察者>f波源音調(diào)變高2.成因歸納根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應(yīng)時，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動，且兩者間距發(fā)生變化例1關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法中正確的是()A發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率發(fā)生了變化B要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者必須有相對運動且兩者間距發(fā)生變化C火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變低，火車離你遠去時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變高D只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)答案B解析發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，波源和觀察者必須有相對運動，且兩者間距發(fā)生變化才造成聽起來頻率變化，故A錯誤，B正確；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源和觀察者間距變小，觀察者接收到的頻率一定

6、比波源頻率高當(dāng)波源和觀察者間距變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低，故C錯誤；所有波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故D錯誤多普勒效應(yīng)的判斷方法1確定研究對象(波源與觀察者)2確定波源與觀察者兩者間距是否發(fā)生變化若有變化，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，否則不發(fā)生3判斷：當(dāng)兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變針對訓(xùn)練(多選)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的音樂當(dāng)火車靜止，觀察者也靜止時，觀察者聽到并記住了這個音樂的音調(diào)以下情況中，觀察者聽到這個音樂的音調(diào)比原來降低的是()A觀察者靜止，火車向他駛來B火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運動C觀察者靜止，火車離他遠去D火

7、車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動答案CD解析根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高當(dāng)波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低觀察者聽到這個音樂的音調(diào)比原來降低，即接收到的聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間的距離在變大所以A、B錯誤，C、D正確二、惠更斯原理1惠更斯原理的實質(zhì)波面上的每一點(面元)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時刻總的波動的波面其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的2惠更斯原理的局限性波的直線傳播、反射、折射等都能用此來進行較好的解

8、釋但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系例2(多選)對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是()A同一波面上的各質(zhì)點振動情況完全相同B同一波面上的各質(zhì)點振動情況可能不相同C球面波的波面是以波源為中心的一個個球面D無論怎樣的波，波線始終和波面垂直答案ACD解析按照惠更斯原理：波面是由任意時刻振動情況完全相同的點構(gòu)成的面，故A正確，B錯誤由波面和波線的概念，不難判定C、D正確三、波的反射和折射及應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，當(dāng)波從介質(zhì)傳播到兩介質(zhì)的交界面時，返回介質(zhì)的波和進入介質(zhì)的波的頻率變化嗎？波長變化嗎？圖2答案返回介質(zhì)時波的頻率和波長均不變，進入介質(zhì)的波的頻率不變，

9、波速變化，由vf得，波長變化知識深化對波的反射和折射的理解(1)頻率是由振源決定的，介質(zhì)中各個質(zhì)點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的(2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時是在同一介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時是在不同介質(zhì)中傳播，因此波速改變(3)波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式可知波長不改變；在波的折射中，當(dāng)進入新的介質(zhì)中波速增大時，由可知波長變大；反之變小例3圖3中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()圖3A2與1的波長、頻率相等，波速不等B2與1的波速、頻率相等，波長不等C3與1的波速、頻率、波長均

10、相等D3與1的頻率相等，波速、波長均不等答案D解析波線1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波線1、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由得波長不同，故C錯，D對例4某測量員利用回聲測距，他站在兩平行墻壁間某一位置鳴槍，經(jīng)過1 s第一次聽到回聲，又經(jīng)過0.5 s再次聽到回聲，已知聲速為340 m/s，則兩墻壁間的距離為多少？答案425 m解析設(shè)測量員離較近的墻壁的距離為x，則他離較遠的墻壁的距離為sx，2xvt12(sx)v(t1t)其中t0.5 s，t11 s，代入數(shù)據(jù)得：s425 m.回聲測距的三種情況1當(dāng)聲源不動時，聲波遇到了障礙物

11、后會返回繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下用的時間相等，設(shè)經(jīng)時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為sv聲·.2當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s(v聲v)·.3當(dāng)聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s(v聲v)·.1(對多普勒效應(yīng)的理解)(多選)一頻率為600 Hz的聲源以20 rad/s的角速度沿一半徑為0.80 m的圓周做勻速圓周運動，一觀察者站在離圓心很遠的P點且相對于圓心靜止，如

12、圖4所示，下列判斷正確的是()圖4A觀察者接收到聲源在A點發(fā)出聲音的頻率大于600 HzB觀察者接收到聲源在B點發(fā)出聲音的頻率等于600 HzC觀察者接收到聲源在C點發(fā)出聲音的頻率等于600 HzD觀察者接收到聲源在D點發(fā)出聲音的頻率小于600 Hz答案AB2(多普勒效應(yīng)的應(yīng)用)(多選)下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)()A利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度B交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行

13、的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去答案ABD3(對惠更斯原理的理解)(多選)下列關(guān)于惠更斯原理的說法正確的是()A惠更斯原理能夠解釋波的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象B惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象C介質(zhì)中任何一個波面的各點，都可以看成發(fā)射子波的波源D惠更斯原理能夠解釋衍射現(xiàn)象與障礙物或孔的大小的關(guān)系答案ABC解析惠更斯原理解釋了波的傳播相關(guān)的問題，所以能夠解釋波的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，故A正確；同樣對波的衍射現(xiàn)象，惠更斯原理也可以解釋，但不能解釋衍射現(xiàn)象與孔或障礙物大小的關(guān)系，故B正確，D錯誤；由惠更斯原理可知，C正確4(波的反射和折射)一列聲波在空氣中的波長為0.2 m當(dāng)該聲波從空氣中以某一角度傳入介質(zhì)

14、中時，波長變?yōu)?.6 m，如圖5所示，若空氣中的聲速是340 m/s.求：圖5(1)該聲波在介質(zhì)中傳播時的頻率；(2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度；(3)若聲波垂直進入介質(zhì)，經(jīng)0.4 s返回空氣，則介質(zhì)的深度為多少？答案(1)1 700 Hz(2)1 020 m/s(3)204 m解析(1)聲波在空氣中傳播時，由vf得：f Hz1 700 Hz.由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變，所以聲波在介質(zhì)中傳播時，頻率為1 700 Hz.(2)由vf得聲波在介質(zhì)中的傳播速度為v22f0.6×1 700 m/s1 020 m/s.(3)聲波經(jīng)0.2 s傳至介質(zhì)底部，故介質(zhì)的深度hv2·1

15、 020×0.2 m204 m.一、選擇題考點一多普勒效應(yīng)1(多選)下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)()A遠去的汽車聲音越來越小B炮彈迎面飛來，聲音刺耳C火車向你駛來時，音調(diào)變高；離你而去時，音調(diào)變低D大風(fēng)中，遠處人的說話聲時強時弱答案BC解析A項和D項中所說的現(xiàn)象是能量傳遞的問題，不是多普勒效應(yīng)B、C兩項所發(fā)生的現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)2(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比()A波速變大 B波速不變C頻率變高 D頻率不變答案BC解析漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，波速由介質(zhì)決定，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比波速不變

16、，根據(jù)聲音的多普勒效應(yīng)，聲源移向觀察者時接收頻率變高，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比頻率變高3(多選)如圖1所示，將上下振動的振針?biāo)揭苿?，移動過程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是()圖1A振針向右移動B振針向左移動C在A處的觀察者，接收到的水波頻率變小D在A處的觀察者，接收到的水波頻率變大答案AC解析振針(波源)前進方向上的水波變得密集，在其反方向的水波變得稀疏，因此振針向右移動；由于波源遠離觀察者時，水波波長變長，觀察者接收到的頻率變小，故A、C正確4平直公路上，汽車正在勻速遠離，用多普勒測速儀向其發(fā)出頻率為f0的超聲波，被汽車反射回來的超聲波的頻率隨汽車

17、運動位移變化的圖象，正確的是()答案D解析汽車正在勻速遠離，速度恒定，接收到的反射波的頻率也是恒定的由于是遠離，汽車反射波的頻率應(yīng)該小于發(fā)出波的頻率，所以選項D正確5(多選)如圖2所示，男同學(xué)站立不動吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回擺動，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是()圖2A女同學(xué)從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B女同學(xué)從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C女同學(xué)在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D女同學(xué)在C點向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低答案AD解析女同學(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運動時，她感

18、到音調(diào)變低，選項A、D正確，B、C錯誤6頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(uv)，f表示接收器接收到的頻率若u增大，則()Af增大，v增大 Bf增大，v不變Cf不變，v增大 Df減小，v不變答案B解析由于聲波的速度只由介質(zhì)決定，故v不變，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)聲源接近接收器時接收到的頻率變高，f增大，故B項正確 考點二惠更斯原理7(多選)下列說法正確的是()A波線表示波的傳播方向B波面表示波的傳播方向C只有橫波才有波面D波傳播中某時刻任一波面上各子波波面的包絡(luò)面就是新的波面答案AD解析波線表示波的傳播方向，故A正確，B錯誤；所有的波都具有波面，

19、故C錯誤；由惠更斯原理可知，D正確8(多選)下列說法中正確的是()A根據(jù)惠更斯原理可知，介質(zhì)中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源B惠更斯原理只能解釋球面波的傳播，不能解釋平面波的傳播C若知道某時刻一列波的某個波面的位置，由惠更斯原理就可以確定波的傳播方向D惠更斯原理不但可以解釋波的直線傳播，還可以解釋波的反射與折射等相關(guān)現(xiàn)象答案AD解析惠更斯原理將介質(zhì)中任一波面上的各點看做發(fā)射子波的波源，可以解釋波傳播中的包括反射、折射在內(nèi)的傳播規(guī)律，故A、D正確考點三波的反射與折射9關(guān)于波的反射與折射，下列說法正確的是()A入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變B入射波的波長一定小于反射波的波

20、長，其頻率不變C入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變D入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變答案A解析入射波與反射波在同種介質(zhì)中波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由vf知波長相同，選項A正確，B錯誤；因不知介質(zhì)情況，入射波與折射波波長無法比較，選項C、D錯誤10(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識，正確的是()A潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C雷達的工作原理是利用波的干涉D水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象答案ABD解析潛艇探測周圍物體利用了反射原理，A對；隱形飛機可以減少波的反射，B對；雷達工作原理利用了波的反射，C錯；水波的傳播方向發(fā)生變化，屬于波的折射，D對二、非選擇題11(多普勒效應(yīng))公路巡警開車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡