人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案2：3 5 多普勒效應(yīng)

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE13.5多普勒效應(yīng)〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道什么是多普勒效應(yīng)，了解多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因.2．了解多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，會用多普勒效應(yīng)解釋一些現(xiàn)象．〖知識梳理〗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(yuǎn)離時，接收到的都會發(fā)生變化的現(xiàn)象．2．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)目是的，觀察者接收到的頻率波源振動的頻率．3．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，接收到的頻率；反之，當(dāng)波源與觀察者互相遠(yuǎn)離時，接收到的頻率．二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．測車輛速度：交警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射的超聲波，同時測量的頻率，根據(jù)反射波頻率就能知道車輛的速度．2．測血流速度：向人體內(nèi)發(fā)射的超聲波，超聲波被血管中的血流后又被儀器接收，測出反射波的，就可得血流速度．3．測星球速度：測量星球上某些元素發(fā)出的光波的．然后與地球上這些元素時發(fā)光的頻率對照，可得星球的速度．〖要點(diǎn)剖析〗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(yuǎn)離時，觀察者接收到的波的頻率都會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)．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)．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．總結(jié)1發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率并沒有變化，只是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生了變化.波源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(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小.2多普勒效應(yīng)是波動過程所共有的特征，一切波，如機(jī)械波、電磁波、光波都會發(fā)生多普勒效應(yīng).2．形成多普勒效應(yīng)的原因以聲波為例分析如下：(1)波源與觀察者相對于介質(zhì)均為靜止的情況觀察者所接收到的頻率與波源的振動頻率相同，這時不會出現(xiàn)多普勒效應(yīng)．(2)波源靜止而觀察者運(yùn)動的情況若觀察者朝波源運(yùn)動，由于觀察者迎著波傳來的方向運(yùn)動，使得觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)大于波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，即觀察者接收的頻率高于波源頻率；同理，若觀察者背離波源即順著波的傳播方向運(yùn)動，觀察者接收的頻率低于波源頻率．(3)觀察者靜止而波源運(yùn)動的情況當(dāng)波源S向觀察者O運(yùn)動時，波源在前進(jìn)過程中，不斷地發(fā)射出波，已經(jīng)發(fā)射出的波仍以波速v前進(jìn)，而后繼波的波源地點(diǎn)(球面的中心)向前移了，所以波源前面的波面被擠緊，因此波長減小了；波源后面的波面稀疏了，因此波長增大了，如圖所示．波在介質(zhì)中的傳播速度并沒有改變，觀察者在波源右方時，即波源接近觀察者時，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大．同樣道理，觀察者在波源左方時，即波源遠(yuǎn)離觀察者時，接收到的頻率減?。卣?1)波源不動而觀察者運(yùn)動時，引起接收頻率的變化是由于觀察者接收到的波數(shù)增多或減少造成的．(2)當(dāng)觀察者不動而波源運(yùn)動時，引起接收頻率的變化是由于波長的改變而引起的．3．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相對于介質(zhì)不動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或由A→C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、B不動，波源S運(yùn)動，由S1→S2對于觀察者A，f波源<f觀察者，音調(diào)變高；對于觀察者B，f波源>f觀察者，音調(diào)變低總結(jié)(1)多普勒效應(yīng)是所接收到的波的頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象，并不是接收到的波的強(qiáng)度發(fā)生變化的現(xiàn)象，要正確區(qū)分頻率和強(qiáng)度這兩個物理量．(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不取決于波源和觀察者相距多遠(yuǎn)，而取決于波源和觀察者相對運(yùn)動速度的大小和方向．(3)波的傳播速度不因波源的移動而改變．(4)觀察者垂直于波的傳播方向移動時，不產(chǎn)生多普勒效應(yīng)．〖典例精析〗例1下面說法中不正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時產(chǎn)生的D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的二多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．超聲波測速交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個已知頻率的超聲波，波被運(yùn)動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可知汽車的速度．2．根據(jù)光的多普勒效應(yīng)，在地球上接收到的遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波頻率，與地球上相應(yīng)元素靜止時發(fā)光的頻率對照，可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對地球的運(yùn)動速度．3．醫(yī)用“彩超”：向人體發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后被儀器接收．測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度，據(jù)此診斷疾?。?．可據(jù)火車汽笛的音調(diào)的變化判斷火車是進(jìn)站還是出站；據(jù)炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈飛行的方向等．拓展超聲波(1)定義：頻率高于2×104Hz的聲波叫超聲波．(2)特點(diǎn)：頻率大，波長短，因而衍射不明顯；穿透力強(qiáng)，能透過幾米厚的金屬．動物也可以發(fā)射和接收超聲波．例2(多選)下列哪些應(yīng)用是利用多普勒效應(yīng)()A．利用地球上接收到的遙遠(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)接收到的電磁波頻率發(fā)生的變化，就能知道汽車的速度，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(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲就能判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去三多普勒效應(yīng)的定量計算設(shè)u表示波源相對介質(zhì)的速度，v表示觀察者相對介質(zhì)的速度，V表示波的傳播速度；f和f′分別表示波源頻率和觀察者接收到的頻率．(1)波源和觀察者相對介質(zhì)都不動：觀察者接收到的頻率是單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波數(shù)，故f′＝eq\f(V,λ)＝f，即接收到的頻率等于波源的頻率．(2)波源相對介質(zhì)不動，而觀察者向波源運(yùn)動：則波對觀察者的速度為(v＋V)，據(jù)公式λ＝eq\f(V,f)，知f′＝eq\f(V＋v,λ)＝(1＋eq\f(v,V))f，即接收到的頻率增加為波源頻率的(1＋eq\f(v,V))倍．同理可知，當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動時，觀察者接收到的頻率減小，f′＝(1－eq\f(v,V))f.(3)觀察者靜止，波源以速度u向觀察者運(yùn)動：波速V與波源的運(yùn)動無關(guān)，但波長被壓縮為λ′＝λ－uT，故觀察者接收到的頻率f′＝eq\f(V,λ－uT)＝eq\f(V,VT－uT)＝eq\f(V,V－u)f，即接收到的頻率增大．反之，當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者時，接收到的頻率減小，f′＝eq\f(V,V＋u)f.(4)若波源和觀察者都相對介質(zhì)運(yùn)動，則相向運(yùn)動：f′＝eq\f(V＋v,V－u)f；反向運(yùn)動：f′＝eq\f(V－v,V＋u)f.例3火車以20m/s的速度向一靜止觀察者駛近，機(jī)車鳴笛2s之久，聲速為340m/s，問：(1)觀察者聽到的汽笛聲持續(xù)多久？(2)如果火車以同樣的速度從觀察者身邊駛過，則觀察者前后聽到的聲音的頻率之比是多少？

〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．(多選)如圖所示，為一波源O做勻速直線運(yùn)動時在均勻介質(zhì)中產(chǎn)生球面波的情況，則()A．該波源正在移向a點(diǎn) B．該波源正在移向b點(diǎn)C．在a處觀察波的頻率變低 D．在b處觀察波的頻率變低2．(多選)站在火車站臺上的旅客聽到路過的火車鳴笛聲的音調(diào)變化情況，以下說法正確的是()A．當(dāng)火車進(jìn)站時，鳴笛聲的音調(diào)變低 B．當(dāng)火車進(jìn)站時，鳴笛聲的音調(diào)變高C．當(dāng)火車離站時，鳴笛聲的音調(diào)變低 D．當(dāng)火車離站時，鳴笛聲的音調(diào)變高3．下列哪些現(xiàn)象屬于多普勒效應(yīng)()A．夏日雷聲轟鳴不絕B．有兩只相同的音叉，若一只被敲擊振動發(fā)聲，發(fā)現(xiàn)另一只也振動發(fā)聲C．戰(zhàn)場上士兵聽到敵方炮彈飛行聲音和聽到我方炮彈聲音不同D．“未見其人，先聞其聲”4．(多選)上課時老師將一蜂鳴器固定在教鞭一端后迅速水平旋轉(zhuǎn)，蜂鳴器音調(diào)竟然忽高忽低變化，下列判斷正確的是()A．旋轉(zhuǎn)時蜂鳴器發(fā)出的頻率變化了B．由于旋轉(zhuǎn)，改變了同學(xué)們聽到的聲音頻率C．蜂鳴器音調(diào)變高時，一定是向靠近觀察者的方向運(yùn)動D．音調(diào)的忽高忽低是由波的干涉造成的5．野生大象群也有自己的“語言”．研究人員錄下象群“語言”交流時發(fā)出的聲音，發(fā)現(xiàn)以2倍速度快速播放錄音時,能聽到比正常播放時更多的聲音．播放速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，播出聲波的(選填“周期”或“頻率”)也變?yōu)樵瓉淼?倍，聲波傳播速度(選填“變大”“變小”或“不變”)．

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識梳理〗一、波的頻率一定等于增加增加變小二、頻率已知反射波變化的多少反射頻率變化頻率靜止〖要點(diǎn)剖析〗例1〖解析〗當(dāng)波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率沒有改變，故選項A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的．選項D正確．〖答案〗A例2〖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)可測定遙遠(yuǎn)天體相對地球運(yùn)動的速度，故A正確．被運(yùn)動的物體反射的電磁波，相當(dāng)于運(yùn)動的物體發(fā)出的電磁波，該電磁波的頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的計算公式可以求出運(yùn)動物體的速度，故B項正確．對于C選項，鐵路工人是根據(jù)振動的強(qiáng)弱來對火車的運(yùn)動做出判斷的，故不正確．炮彈飛行時與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的聲波的頻率與炮彈的相對運(yùn)動方向有關(guān)，故D項正確．故正確〖答案〗為A、B、D.〖答案〗ABD例3〖解析〗(1)觀察者相對介質(zhì)靜止，波源以速度v向觀察者運(yùn)動，聲波相對觀察者的速度不變?nèi)詾閡，t時間內(nèi)產(chǎn)生波的總長度L＝(u－v)t，所以經(jīng)過觀察者的時間為t′＝eq\f(u－v,u)t＝eq\f(340－20,340)×2s≈1.882s.(2)火車向觀察者駛近時，觀察者聽到的頻率為f1＝eq\f(u,u－v)f0.火車從觀察者身邊遠(yuǎn)離時，聽到的頻率為f2＝eq\f(u,u＋v)f0，所以eq\f(f1,f2)＝eq\f(u＋v,u－v)＝eq\f(340＋20,340－20)＝98.〖答案〗(1)1.882s(2)98〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗AD〖解析〗波源在某一位置產(chǎn)生一列波面后，該波面以該位置為球心，以波速作為傳播速度向外傳播，反之，由波面可確定出該波面的產(chǎn)生位置，即波源．波面半徑大，表示產(chǎn)生時間早，傳播時間長．對照圖示，可確定出波源由右向左運(yùn)動，故A項對，B項錯．由于觀察者不動，故波面經(jīng)過觀察者的速度等于波速，而在a處觀察時，相鄰波面間距比波源不動時間距小，因而經(jīng)過觀察者時間間隔短，頻率大，同理在b處時間間隔長、頻率小，故C項錯，D項對．2.〖答案〗BC〖解析〗音調(diào)由頻率決定，頻率大時音調(diào)高，頻率小時音調(diào)低，火車進(jìn)站時旅客接收到的頻率會變大，故音調(diào)變高，B項正確；火車離站時，旅客接收到的頻率會變小，故音調(diào)會變低，C項正確．3.〖答案〗C〖解析〗夏日雷聲轟鳴不絕，屬于聲波的反射；有兩只相同的音叉，若一只被敲擊振動發(fā)聲，發(fā)現(xiàn)