第4節(jié) 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用

第4節(jié)多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念知道多普勒效應(yīng)的概念。科學(xué)思維(1)能解釋多普勒效應(yīng)。(2)能分析多普勒效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用問題?？茖W(xué)探究用蜂鳴器演示多普勒效應(yīng)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任認(rèn)識(shí)到多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，能利用物理知識(shí)解決一些實(shí)際問題，有主動(dòng)進(jìn)行科學(xué)普及的意識(shí)。一、多普勒效應(yīng)1．定義

由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生_____的現(xiàn)象。2．產(chǎn)生的原因(1)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)是______的，觀察者接收到的頻率______波源振動(dòng)的頻率。(2)波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)_____，觀察者接收到的頻率______波源的頻率，即接收到的波的頻率增大。(3)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率_____。變化一定等于增多大于減小二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．______________可以測量車輛行駛速度。2．彩色超聲______________可以診斷人體心臟、血管等疾病。3．電磁波的多普勒效應(yīng)可以___________，在軍事、航天、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1．請(qǐng)對(duì)以下有關(guān)多普勒效應(yīng)的說法作出判斷：(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率沒有發(fā)生變化。

()(2)當(dāng)波源和觀察者向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定發(fā)生多普勒效應(yīng)。

()(3)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)。

(

)多普勒測速儀多普勒診斷儀跟蹤目的物√××2．

我國已經(jīng)進(jìn)入高鐵時(shí)代，普通列車的時(shí)代已成過去。如圖所

示，列車勻速駛過，對(duì)于站在路旁的護(hù)路工人師傅，列車由

遠(yuǎn)而近鳴喇叭時(shí)他會(huì)聽到喇叭聲的音調(diào)比較高，遠(yuǎn)去的列車

鳴喇叭時(shí)他會(huì)聽到喇叭聲的音調(diào)比較低。請(qǐng)思考這是什么現(xiàn)象？具體分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因？提示：這屬于多普勒效應(yīng)，當(dāng)列車靠近觀察者時(shí)，頻率增加，音調(diào)升高；當(dāng)列車遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，頻率減小，音調(diào)降低。新知學(xué)習(xí)(一)|多普勒效應(yīng)產(chǎn)生原因分析[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]美國霍普金斯大學(xué)利用多普勒效應(yīng)對(duì)蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)衛(wèi)星向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)返回的信號(hào)頻率增加，衛(wèi)星向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)返回的信號(hào)頻率降低。(1)波源的頻率由誰決定？(2)觀察者接收到的頻率與哪些因素有關(guān)？提示：(1)由波源本身決定。(2)觀察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。[重點(diǎn)釋解]1．相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系2．成因歸納根據(jù)以上分析可知，發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。[典例體驗(yàn)][典例]

如圖所示，向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車發(fā)出頻率為f的聲波，車左側(cè)A處靜止的人感受到的聲波的頻率為f1，車右側(cè)B處靜止的人感受到的聲波的頻率為f2，則

(

)A．f1＜f，f2＜f B．f1＜f，f2＞fC．f1＞f，f2＞f D．f1＞f，f2＜f[解析]由題意可知，聲源靠近A處的人，由多普勒效應(yīng)可知，A處的人接收到聲波的頻率變大，即f1＞f；聲源遠(yuǎn)離B處的人，同理可知B處的人接收到聲波的頻率變小，即f2＜f，選項(xiàng)D正確。[答案]

D/方法技巧/發(fā)生多普勒效應(yīng)的條件(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)波源和觀察者都運(yùn)動(dòng)但無相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)則不會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不是取決于波源距離觀察者有多遠(yuǎn)，而是取決于波源與觀察者之間是否發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．

(多選)如圖所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上

來回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是

(

)A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)變低解析：由題圖可知，女同學(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她就在靠近聲源，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她接收到的哨聲頻率變高，音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感到音調(diào)變低。A、D正確，B、C錯(cuò)誤。答案：AD2．(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．頻率不變解析：漁船與魚群發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，被魚群反射回來的超聲波的速度大小不變；由多普勒效應(yīng)知，反射回來的超聲波的頻率變高，故B、C正確。答案：BC新知學(xué)習(xí)(二)|多普勒效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用[典例體驗(yàn)][典例]

輪船在進(jìn)港途中的x-t圖像如圖所示，則在港口所測到輪船上汽笛發(fā)出聲音的頻率是圖中的哪一個(gè)

(

)[解析]

勻速靠近港口的過程中，測量到的頻率不隨時(shí)間變化，但速度大時(shí)頻率大，由x-t圖像可知，輪船靠近港口時(shí)三段時(shí)間內(nèi)的速度v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正確。[答案]

A[系統(tǒng)歸納]觀察者接收到的頻率的判斷1．聲音的音調(diào)取決于頻率，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。2．當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率大于波源頻率，音調(diào)變高；反之，觀察者接收到的頻率小于波源頻率，音調(diào)變低。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．有經(jīng)驗(yàn)的鐵路養(yǎng)護(hù)人員可以從火車鳴笛的聲音判斷火車的行駛方向。他所利用的是聲波的

(

)A．干涉現(xiàn)象

B．衍射現(xiàn)象C．多普勒效應(yīng)

D．反射現(xiàn)象解析：根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)火車運(yùn)動(dòng)方向靠近養(yǎng)護(hù)人員時(shí)，他聽到的聲音音調(diào)變高，火車遠(yuǎn)離養(yǎng)護(hù)人員時(shí)，他聽到的聲音音調(diào)變低。答案：C

2．(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(yuǎn)星體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)星體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射已知頻率的電磁波，電磁波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來，根據(jù)接收到的電磁波的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷遠(yuǎn)處是否有火車駛來D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去解析：凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)可以測定遙遠(yuǎn)星體相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)的速度，故A符合題意；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出的電磁波，根據(jù)其頻率的變化可以求出運(yùn)動(dòng)物體的速度，故B符合題意；鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷遠(yuǎn)處是否有火車駛來，是利用聲音在固體中傳播得快的特點(diǎn)，與多普勒效應(yīng)無關(guān)，故C不符合題意；炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，故D符合題意。答案：ABD

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——多普勒效應(yīng)成因分析1．(選自人教版新教材“思考與討論”)固定在振動(dòng)片上的金屬

絲周期性觸動(dòng)水面可以形成水波。當(dāng)振動(dòng)片在水面上移動(dòng)

時(shí)拍得一幅如圖所示的照片，顯示出此時(shí)波的圖樣。由照

片是否可知，振動(dòng)片正在向圖中哪個(gè)方向移動(dòng)？單位時(shí)間內(nèi)是水波槽左邊接收完全波個(gè)數(shù)多還是右邊接收完全波個(gè)數(shù)多？提示：波源前進(jìn)方向上水波變得密集，其反方向上變得稀疏，由圖可知，振動(dòng)片在向圖中左側(cè)移動(dòng)，因波速不變，所以單位時(shí)間內(nèi)水波槽左邊接收完全波個(gè)數(shù)較多。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——多普勒彩超的臨床應(yīng)用2．(選自粵教版新教材“資料活頁”)聲波的多普勒效應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷，就是我們平常說的彩超。彩超簡單地說就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒。超聲頻移診斷法就是D超，此法應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理。D超包括脈沖多普勒、連續(xù)多普勒和彩色多普勒血流圖像。彩超一般是用自相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多普勒信號(hào)處理，把自相關(guān)技術(shù)獲得的血流信號(hào)，經(jīng)彩色編碼后實(shí)時(shí)地疊加在二維圖像上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。由此可見，彩超既具有二維超聲結(jié)構(gòu)圖像的優(yōu)點(diǎn)，又同時(shí)提供了血流動(dòng)力學(xué)的豐富信息，在實(shí)際應(yīng)用中受到廣泛重視和歡迎，在臨床上被譽(yù)為“非創(chuàng)傷性血管造影”?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)更是發(fā)展了三維動(dòng)態(tài)顯示的彩超和隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)顯示的四維彩超。

彩超的臨床應(yīng)用主要有血管疾病、腹腔臟器、心臟、甲狀腺、乳腺、眼球、前列腺和精囊、婦科等的病情診斷。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．蝙蝠在洞穴中飛來飛去時(shí)，它利用超聲脈沖導(dǎo)航非常有效。這種超聲脈沖是持續(xù)1ms或不到1ms的短促發(fā)射，且每秒重復(fù)發(fā)射幾次。假定蝙蝠的超聲脈沖發(fā)射頻率為39000Hz，在一次正朝著表面平直的墻壁飛撲的期間，下列判斷正確的是

(

)A．墻壁接收到的超聲脈沖頻率等于39000HzB．蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于墻壁接收的頻率C．蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率大于墻壁接收的頻率D．蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于39000Hz解析：蝙蝠(波源)相對(duì)墻壁(觀察者)的距離減小，所以墻壁接收到的超聲脈沖頻率增大，A錯(cuò)誤；超聲波被反射后頻率不變，但傳播方向和蝙蝠的運(yùn)動(dòng)方向相反，蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲波時(shí)，頻率會(huì)更大，故C正確，B、D錯(cuò)誤。答案：C

2．汽車無人駕駛技術(shù)已逐漸成熟，最常用的是ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，它可以控制無人駕駛汽車在前車減速時(shí)自動(dòng)減速、前車加速時(shí)自動(dòng)跟上去。其使用的傳感器主要有毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會(huì)發(fā)射和接收反射來的無線電波，再通過發(fā)射與接收波的時(shí)間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率變化來測量目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。若該雷達(dá)發(fā)射的無線電波的頻率為f，接收到的回波的頻率為f′，則

(

)A．當(dāng)f＝f′時(shí)，表明前車與無人駕駛汽車速度相同B．當(dāng)f＝f′時(shí)，表明前車一定處于靜止?fàn)顟B(tài)C．當(dāng)f′>f時(shí)，表明前車在加速行駛D．當(dāng)f′<f時(shí)，表明前車在減速行駛解析：當(dāng)波源和觀察者之間的距離不變化時(shí)