2022-2023學(xué)年高二物理同步講義（人教）3.5 多普勒效應(yīng)（學(xué)生版）

第05講多普勒效應(yīng)目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1．了解多普勒效應(yīng)，初步理解多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原因。2．能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象，了解多普勒效應(yīng)的應(yīng)用。1．知道波源的頻率和觀察者接收到頻率的區(qū)別.2．知道什么是多普勒效應(yīng)．知道它是波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時產(chǎn)生的現(xiàn)象．3．了解多普勒效應(yīng)的一些應(yīng)用．4．通過改變波源與觀察者的距離，培養(yǎng)學(xué)生利用控制變量法分析問題的能力．知識精講知識精講知識點01多普勒效應(yīng)1.多普勒效應(yīng)：(1)音調(diào)；音調(diào)由頻率決定，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低.(2)多普勒效應(yīng)；波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)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)波源與觀察者相對靜止時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察者觀測到的頻率等于波源振動的頻率.(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加;反之，當(dāng)波源與觀察者互相遠(yuǎn)離時，觀察到的頻率變小.【即學(xué)即練1】關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法中不正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時波源的頻率保持不變B．要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者間必須有相對運(yùn)動C．只有聲波會發(fā)生多普勒效應(yīng)D．機(jī)械波、電磁波和光波都會發(fā)生多普勒效應(yīng)知識點02多普勒效應(yīng)的應(yīng)用及多普勒效應(yīng)和音調(diào)的理解1.測車輛速度；交警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度.2.測星球速度；測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，可得星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度.3.測血流速度；向人體內(nèi)發(fā)射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就可得血流速度.4.波源頻率；波源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，稱為一個完全波.頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù).因此波源的頻率又等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù).5.接收頻率：(1)波源和觀察者相對靜止，觀察者接收到的頻率等于波源的頻率.(2)波源和觀察者有相對運(yùn)動，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)發(fā)生變化，即感覺到波的頻率發(fā)生變化.6.音調(diào)；音調(diào)由頻率決定，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低.觀察者聽到的聲音的音調(diào)是由觀察者接收到的頻率即單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)決定的.【即學(xué)即練2】新型列車動車組速度可達(dá)487.3km/h，與該車汽笛聲的音調(diào)相比。(1)站在車運(yùn)動前方路旁的觀察者聽起來音調(diào)______(選填“偏高”或“偏低”)。站在車運(yùn)動后方路旁的觀察者聽起來音調(diào)________(選填“偏離”或“偏低”)。(2)迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調(diào)怎樣？此時列車汽笛聲的音調(diào)變化了嗎？(3)坐在新型列車動車組上的乘客聽起來音調(diào)怎樣？

知識點03發(fā)生多普勒效應(yīng)的幾種情況相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止不動，如圖所示f波源＝f觀察者，音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運(yùn)動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f波源<f觀察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f波源>f觀察者，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運(yùn)動，由S→S2，如圖所示f波源<f觀察者，音調(diào)變高【即學(xué)即練3】(多選)如圖所示，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()A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在C點向右運(yùn)動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在C點向左運(yùn)動時，她感覺哨聲音調(diào)變低能力拓展能力拓展考法01多普勒效應(yīng)【典例1】公路巡警車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，巡警車向前方在同一車道上的一輛轎車發(fā)出一束已知頻率的電磁波，結(jié)果該電磁波被此輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低。(1)此現(xiàn)象屬于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效應(yīng) D．波的反射(2)若該路段限速為100km/h，則轎車是否超速？(3)若轎車以20m/s的速度行進(jìn)，反射回的電磁波頻率應(yīng)怎樣變化？考法02多普勒效應(yīng)的應(yīng)用【典例2】某人站在地面上某處，一架飛機(jī)由遠(yuǎn)而近從人的頭頂上方勻速飛過，則人聽到飛機(jī)發(fā)出聲音的頻率()A．越來越低 B．越來越高C．先變高后變低 D．先變低后變高

題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．(多選)下述說法中正確的是()A．沿與兩個完全相同的發(fā)聲器平行的直線走，聽到的聲音忽大忽小，這是波的干涉現(xiàn)象B．在大樹前說話，大樹后面的人可以聽到，這是波的衍射現(xiàn)象C．大街上警車尖叫著從行人旁急馳而過，行人聽到警笛聲音由高變低這是聲音的多普勒效應(yīng)D．發(fā)聲的電鈴放在真空罩里，外面聽不到聲音，這是因為電鈴在真空中不能振動2．公路巡警開車在高速公路上以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)出一個已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，說明那輛轎車的車速()A．高于100km/h B．低于100km/hC．等于100km/h D．無法確定3．頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運(yùn)動。以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的頻率。若u增大，則()A．f增大，v增大 B．f增大，v不變C．f不變，v增大 D．f減小，v不變4．醫(yī)院有一種先進(jìn)的檢測技術(shù)——彩超，向病人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波．超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，測出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速．這一技術(shù)主要體現(xiàn)的物理現(xiàn)象是()A．多普勒效應(yīng) B．波的衍射C．波的干涉 D．共振5．蝙蝠在洞穴中飛來飛去時，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的發(fā)射頻率為39000Hz，在一次正朝著表面平直的墻壁飛撲的期間，則下列判斷正確的是()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39000Hz6．下列物理現(xiàn)象：(1)在春天里一次閃電過后，有時雷聲轟鳴不絕；(2)“聞其聲而不見其人”；(3)學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音；(4)當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時，我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高。這些物理現(xiàn)象分別屬于波的A．反射、衍射、干涉、多普勒效應(yīng)B．折射、衍射、多普勒效應(yīng)、干涉C．反射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)D．衍射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)7．近年來我國的航空事業(yè)迅速發(fā)展，戰(zhàn)機(jī)的超音速飛行已十分普遍．當(dāng)戰(zhàn)機(jī)在上空返航時，地面上的人經(jīng)常會聽到一聲雷鳴般的巨響，引起房屋門窗的劇烈顫動．這是因為飛機(jī)返航加速過程中，當(dāng)飛機(jī)速度接近聲速時會使發(fā)動機(jī)發(fā)出的聲波波面在飛機(jī)的前方堆積形成音障，當(dāng)飛機(jī)加速沖破音障時而發(fā)出的巨大響聲，稱為音爆．音障的形成與下列現(xiàn)象的形成原理最為相近的是()A．音叉周圍有些區(qū)域聲音較強(qiáng)，有些區(qū)域聲音較弱B．敲響一只音叉，不遠(yuǎn)處的另一只音叉也發(fā)出聲音C．火車進(jìn)站時鳴笛的音調(diào)會變高，出站時會變低D．在屋外看不見屋內(nèi)的人，卻能聽見屋內(nèi)人說話8．如圖所示，O是一個聲波的波源，發(fā)出的一系列聲波為如圖所示的一組圓面，A、B是兩個觀察者的位置，則下列敘述正確的是()A．波源正向A點移動，A處聽到的音調(diào)較高B．波源正向A點移動，B處聽到的音調(diào)較高C．波源正向B點移動，A處聽到的音調(diào)較高D．波源正向B點移動，B處聽到的音調(diào)較高9．(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)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運(yùn)動速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的波的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動情況D．有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去10．(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(yùn)動C．觀察者靜止，火車離他遠(yuǎn)去D．火車靜止，觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動11．(多選)下列說法正確的是()A．對于波長一定的波，孔越大越容易通過，衍射現(xiàn)象越明顯B．蝙蝠可以發(fā)出并接收超聲波來確定昆蟲的位置C．兩個完全相同的波源形成穩(wěn)定的干涉，某點到兩波源距離之差為波長的奇數(shù)倍，該點為振動減弱點D．向人體發(fā)射的頻率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流速度，是利用了多普勒效應(yīng)12．近年來我國的航空事業(yè)迅速發(fā)展，戰(zhàn)機(jī)的超音速飛行已十分普遍。當(dāng)戰(zhàn)機(jī)在法定上空返航時，地面上的人經(jīng)常會聽到一聲雷鳴般的巨響，引起房屋門窗的劇烈顫動。這是因為飛機(jī)返航加速過程中，當(dāng)飛機(jī)速度接近聲速時會使發(fā)動機(jī)發(fā)出的聲波波面在飛機(jī)的前方堆積形成音障，當(dāng)飛機(jī)加速沖破音障時而發(fā)出的巨大響聲，稱為音爆。關(guān)于音障的形成與下列哪種現(xiàn)象的形成原理最為相近()A．音叉周圍有些區(qū)域聲音較強(qiáng)，有些區(qū)域聲音較弱B．敲響一只音叉，不遠(yuǎn)處的另一只音叉也發(fā)出聲音C．火車進(jìn)站時鳴笛的音調(diào)會變高，出站時會變低D．在屋外看不見屋內(nèi)的人，卻能聽見屋內(nèi)人說話13．(多選)下列選項與多普勒效應(yīng)有關(guān)的是()A．科學(xué)家用激光測量月球與地球間的距離B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C．技術(shù)人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進(jìn)的速度14．(2020-2021學(xué)年河南省南陽市高二(下)聯(lián)考)有一測速雷達(dá)，發(fā)射電磁波的頻率為f1，用它來測量一迎面開來的汽車的車速，設(shè)該雷達(dá)接收到的從汽車反射回來的反射波的頻率為f2，則()A．f1>f2 B．f1＝f2C．f1<f2 D．無法確定15．(多選)有兩個靜止的聲源，分別發(fā)出聲波1和聲波2，在同一空間的空氣中傳播。如圖所示為某時刻這兩列波的波動圖象。則下列說法正確的是()A．聲波1的波速比聲波2的波速大B．相對于同一障礙物，波1比波2的衍射現(xiàn)象更明顯C．這兩列波相遇時，不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D．遠(yuǎn)離兩個聲源運(yùn)動的觀察者，聽到這兩列波的頻率均比從聲源發(fā)出的頻率大16．如圖所示，向左勻速運(yùn)動的小車發(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＜f17．一只汽船以4m/s的速度在無風(fēng)河面上航行，船上發(fā)出一聲鳴笛，旅客在3s后聽到前方懸崖反射回來的聲音，問懸崖離汽船原來的位置有多遠(yuǎn)？

18．情境：生活中經(jīng)常用“呼嘯而來”形容正在駛近的車輛，這是聲波在傳播過程中對接收者而言頻率發(fā)生變化的表現(xiàn)，無線電波也具有這種效應(yīng)．圖中的測速雷達(dá)正在向一輛接近的車輛發(fā)出無線電波，并接收被車輛反射的無線電波，由于車輛的運(yùn)動，接收的無線電波頻率與發(fā)出時不同．利用頻率差f接收－f發(fā)出就能計算出車輛的速度，已知發(fā)出和接收的頻率間關(guān)系為f接收＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(2v車,c)))f發(fā)出，式中c為真空中的光速，若f發(fā)出＝2×109Hz，f接收－f發(fā)出＝400Hz.問題：被測車輛的速度大小為多少．題組B能力提升練1．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，它可以控制無人車在前車減速時自動減速、前車加速時自動跟上去。其使用的傳感器主要是毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率變化來測量與目標(biāo)間的相對距離和相對速度。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，則()A.當(dāng)時，表明前車與無人車速度相同B.當(dāng)時，表明前車一定處于靜止?fàn)顟B(tài)C.當(dāng)時，表明前車在加速行駛D.當(dāng)時，表明前車在減速行駛2．(多選)一頻率為600Hz的聲源以20rad/s的角速度沿一半徑為0.8m的圓周(圓心為O點)做勻速圓周運(yùn)動,一觀察者站在離圓心很遠(yuǎn)的P點且相對于圓心靜止,如圖所示,則觀察者接收到()A.聲源在A點時發(fā)出聲音的頻率大于600HzB.聲源在B點時發(fā)出聲音的頻率等于600HzC.聲源在C點時發(fā)出聲音的頻率等于600HzD.聲源在C點時發(fā)出聲音的頻率小于600HzE.聲源在D點時發(fā)出聲音的頻率小于600Hz3．如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動的情況，圖中的圓表示波峰，下列說法正確的是()A．該圖表示的是衍射現(xiàn)象B．該圖表示的是多普勒效應(yīng)C．該圖表示波源正在向B點移動D．觀察者在圖中的A點接收到的波的頻率最低4．輪船在進(jìn)港途中的x-t圖象如圖所示，則在港口所測的輪船上霧笛發(fā)出聲音的頻率是下列選項中的()5．(多選)如圖，將上下振動的振針?biāo)揭苿?，移動過程中在水面形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是()A．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6．平直公路上，汽車正在勻速遠(yuǎn)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運(yùn)動位移變化的圖象，正確的是()7．(多選)如圖所示，在原點處做簡諧運(yùn)動的波源產(chǎn)生的機(jī)械波沿x軸正方向傳播，波速v＝400m/s。為了接收信號，在x＝400m處設(shè)有一接收器A(圖中未標(biāo)出)。已知t＝0時，波已經(jīng)傳播到x＝40m處，則下列說法中不正確的是()A．波源振動的周期為0.05sB．x＝40m處的質(zhì)點在t＝0.5s時位移最大C．接收器在t＝1.0s時才能接收到此波D．若波源向x軸負(fù)方向移動，則接收器接收到的波的頻率將小于20Hz8．如圖所示，人在距公路約50m的M處，一輛汽車以25m/s的速度從公路上勻速駛過，人聽到的汽車的頻率()A．一直是穩(wěn)定的 B．變得越來越高C．變得越來越低 D．先變低后變高9．正在報警的警鐘每隔0.5s響一聲，一個人正坐在以60km/h的速度向著警鐘行駛的車中，已知聲音在空氣中的速度為330m/s，則這個人每分鐘能聽到幾聲警鐘？

題組C培優(yōu)拔尖練1．(2020-2021學(xué)年北京四中高二(下)期中)(多選)如圖所示，小球P一邊貼著水面每秒振動5次，一邊沿x軸正方向勻速移動。x=0處是它的初始位置。圖示為恰經(jīng)10個周期時觀察到的水面波。則下