高考物理專項復習：機械振動之多普勒效應

第二章,機械振動第05講多普勒效應

知識要點難易度

1.多普勒效應：靠近波源，頻率升高★★

2.多普勒效應的應用★★★

3.適應范圍：一切機械波和電磁波★

知識點01多普勒效應

［觀察思考］

當救護車、消防車從身邊飛馳而過時，你有沒有注意過它們鳴笛聲的音調發(fā)生了變化？

［答案］:向你駛來時，你會覺得音調升高了；當車輛離你而去時，音調降低了。

1.音調：音調由頻率決定，頻率高則音調高，頻率低則音調低。

觀察者聽到的聲音的音調是由觀察者接收到的頻率即單位時間內接收到的完全波的個數(shù)決定的。

2.波源頻率和接收頻率；

(1)完全波：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。

(2)波源頻率：單位時間內波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。

(3)接收頻率：觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數(shù)，即感覺到波的頻率。

3.多普勒效應：

波源與觀察者有相對運動時(靠近或遠離)，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化(高于波源頻率或低于

波源頻率)的現(xiàn)象。

波源與觀察者相互靠近時，感覺聲音“尖銳”，而相互遠離時感覺聲音“低沉”。

4.多普勒效應產生的原因：

(1)波源與觀察者相對靜止時，1s內通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，即觀察者的接受頻

率等于波源頻率.

(2)當波源與觀察者相互靠近時，1s內通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加

即接受頻率〉波源頻率；反之，當波源與觀察者互相遠離時，接受頻率〈波源頻率。

(3)波源與觀察的相對運動速度越大，觀察到的頻率改變也越大，即多普勒效應越明顯。

波速(機械波)即波的前沿傳播速度只決定于介質，并不因為波源相對于介質有相對運動而改變。

5.多普勒效應的拓展理解：

(1)發(fā)生多普勒效應時波源頻率(周期)并沒有發(fā)生改變，而是觀察者感覺頻率有改變。

(2)由于運動的相對性，描述波源與觀察者的運動一般用介質做為參考系。

既可以是波源運動，也可以是觀察者運動，也可以是兩者以不同速度運動。

(3)當觀察者遠離聲源速度大于聲音傳播速度時，將聽不到聲音。

(4)多普勒效應不僅機械波會發(fā)生，電磁波也會發(fā)生，即一切波動都會發(fā)生多普勒效應。

【例1】關于多普勒效應，下列說法中不正確的是()

A.發(fā)生多普勒效應時波源的頻率保持不變

B.要發(fā)生多普勒效應，波源和觀察者間必須有相對運動

C.只有聲波會發(fā)生多普勒效應

D.機械波、電磁波和光波都會發(fā)生多普勒效應

【例2】新型列車動車組速度可達487.3km/h,與該車汽笛聲的音調相比。

(1)站在車運動前方路旁的觀察者聽起來音調(選填“偏高”或“偏低”)。

站在車運動后方路旁的觀察者聽起來音調(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怎樣？此時列車汽笛聲的音調變化了嗎？

(3)坐在新型列車動車組上的乘客聽起來音調怎樣？

【例3】(多選)如圖所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐在秋千上來回擺動，下列關于女同學

的感受的說法正確的是()

A.女同學從A向8運動過程中，她感覺哨聲音調變高

B.女同學從E向。運動過程中，她感覺哨聲音調變高

C.女同學在C點向右運動時，她感覺哨聲音調不變

D.女同學在C點向左運動時，她感覺哨聲音調變低

知識點02多普勒效應的應用

1,原理：

當兩者相互遠離時，觀察者接收到的波的頻率變?。划攦烧呦嗷タ拷鼤r，觀察者接收到的波的頻率

變大，但波源的頻率不變。因此利用觀察到頻率的變化計算出波源的運動速度。

(1).測車輛速度；交警向行進中的車輛發(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，可得星球靠近或遠離我們的速度.

(3).測血流速度；向人體內發(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，彩超即利用此原理。

2,多普勒效應的常見情況：

相對位置圖示結論

波源S和觀察者A相對

/波源=/觀察者，音調不變

靜止不動(

波源S不動,觀察者A運靠近波源，由Af3,貝!1/波源勺*觀察者，音調變IWJ;

動，由4一*3或Af。*遠離波源，由Af。，則/波吟f觀察者，音調變低

觀察者A不動，波源S運

f波源＜f觀察者，音調變IWJ

動，由S-S2(3

【例4］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，反射回的電磁波頻率應怎樣變化？

【例5】(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0點)做勻速圓周

運動,一觀察者站在離圓心很遠的尸點且相對于圓心靜止，如圖所示，則觀察者接收到

在A處發(fā)出聲音的頻率600Hz,在B處發(fā)出聲音的頻率600Hz,

在C處發(fā)出聲音的頻率600Hz,在D處發(fā)出聲音的頻率600Hz?

A.聲源在4點時發(fā)出聲音的頻率大于600Hz

B.聲源在B點時發(fā)出聲音的頻率等于600Hz

C.聲源在C點時發(fā)出聲音的頻率等于600Hz

D.聲源在C點時發(fā)出聲音的頻率小于600Hz

E.聲源在。點時發(fā)出聲音的頻率小于600Hz

※知識點03幾種特殊的多普勒現(xiàn)象

1.音障：飛機速度接近聲速時會使發(fā)動機發(fā)出的聲波波面在飛機的前方堆積形成音障。

2,艄波：當波源移動的速度接近介質中的波速。

題型01多普勒效應概念辨析

1.如圖所示是用發(fā)波水槽演示多普勒效應原理的實驗照片，波源以固定頻率振動并以恒定速度移動，質點

A、B位于水波對稱軸x軸上，下列說法中正確的是()

(A)A處波速小于8處波速

(B)A處波速大于8處波速

(C)波源向x軸正方向運動

(D)波源向x軸負方向運動

題型02聽到幾次警報

［歸納總結］

周期性發(fā)生警報類似于波源的周期性振動，應用多普勒效應原理進行計算。

先求解波前之間的實際距離d(類似于/)，再求解波源和觀察者相對運動的距離s,則警報次數(shù)n=s/d。

【例5］一個報警器每1s發(fā)出一聲警報，某人在速度為100m/s的高鐵內向著報警器運動，假設聲音傳

播速度為300m/s,問該人Imin能聽到幾次警報？

※多普勒效應的公式推導

。波士。聽

靠近，分子+分母遠離，分子-分母+

題型03速度矢量分解分析多普勒效應

［歸納總結］

發(fā)生多普勒效應是波源和觀察者發(fā)生相對運動，該相對運動是指沿波源和觀察者連線方向的運動。

如果速度不是沿連線，需要對速度做矢量分解。

【例5】某人站在地面上某處，一架飛機由遠而近從人的頭頂上方勻速飛過，則人聽到飛機發(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

【歸納總結】對多普勒效應的理解

觀察者聽到的音調的高、低取決于他接收到的聲波頻率的大小。在聲源發(fā)聲頻率不變的情況下，觀察

者接收到的頻率的變化情況取決于兩者之間是否有相對運動以及相對運動速度的方向和大小。

1.下列關于機械波的說法正確的是（）

（A）發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率發(fā)生了變化

（B）驅動力的頻率越接近物體的固有頻率時物體振動的振幅越大

（C）波發(fā)生反射時，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化

（D）發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物的尺寸比波長大或差不多

2.下列說法中錯誤的是（）

（A）該圖表示的是多普勒現(xiàn)象

（B）此時波源正在向A觀測者靠近

（C）CD兩位觀測者此時接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率相等

（D）B觀測者此時接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率

3.如圖所示，光滑水平細桿兩端固定，小滑塊與輕彈簧相連，并套在細桿上，輕彈簧左端固定；在小滑塊

上固定一個能持續(xù)發(fā)出單一頻率聲音的蜂鳴器?；瑝K與蜂鳴器靜止時處于。點，現(xiàn)將其拉到N點由靜止釋

放，滑塊與蜂鳴器就沿著細桿在M、N之間振動起來。某同學站在右側，耳朵正好在延長線上，滑塊

與蜂鳴器整體視為質點，則（）

（A）該同學聽到的蜂鳴器的聲音是斷斷續(xù)續(xù)的

（B）該同學聽到的蜂鳴器振動時的聲音總是比靜止時音調高

（C）如果增大滑塊與蜂鳴器振動的振幅，其振動周期一定增大

（D）滑塊與蜂鳴器的振動可以視為簡諧運動

4.下列關于機械振動和機械波的說法，正確的是（）

（A）聲源靠近觀察者，觀察者接受到的聲波頻率大于聲源的頻率

（B）衍射是橫波特有的現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象

（C）固有頻率為2Hz的振子在9Hz的驅動力作用下做受迫振動的振動頻率為2Hz

（D）兩列相同頻率的波的疊加區(qū)域內到兩波波源距離之差為波長的整數(shù)倍的點一定是振動加強點

5.多普勒效應在科學技術中有廣泛的應用。下列說法錯誤的是（）

（A）利用多普勒測速儀，可以測量水在海底的流速

（B）“彩超”利用了多普勒效應

（C）多普勒效應不能用于天體研究

（D）波源與觀察者相互靠近或者遠離時，觀察者接收到的波的頻率會發(fā)生變化

6.中國空間站持續(xù)發(fā)出頻率為了的監(jiān)測電波，地面監(jiān)測站先后接收到空間站通過A、8位置時的信號頻率分

別為人、/B)則()

(A)fA>f>fB(B)fA<f<fB

(C)A=/B</(D)

7.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/hB.低于100km/h

C.等于100km/hD.無法確定

8.頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動。以"表示聲源的速度，v表示聲波的速度（"<v）,

/表示接收器接收到的頻率。若a增大，則（）

A.7■增大，v增大B.7增大，v不變

C./不變，v增大D./減小，v不變

9.蝙蝠在洞穴中飛來飛去時，它利用超聲脈沖導航非常有效，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39000Hz

B.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

10.（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，不會產生干涉現(xiàn)象

D.遠離兩個聲源運動的觀察者，聽到這兩列波的頻率均比從聲源發(fā)出的頻率大

11.輪船在進港途中的x-f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（）

12.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（）

M

A.一直是穩(wěn)定的B.變得越來越高

C.變得越來越