第5課時(shí)多普勒效應(yīng)惠更斯原理[討論選考·把握考情]學(xué)問內(nèi)容多普勒效應(yīng)、惠更斯原理考試要求加試b教學(xué)要求2.了解多普勒效應(yīng)的簡(jiǎn)潔應(yīng)用3.初步理解多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的緣由4.了解波面、波線的概念，知道惠更斯原理5.理解球面波與平面波的傳播特點(diǎn)6.會(huì)用惠更斯原理解釋波的反射7.會(huì)用惠更斯原理解釋波的折射8.會(huì)用惠更斯原理分析簡(jiǎn)潔的問題說明求推導(dǎo)接收頻率與波源頻率的關(guān)系式2.不要求用惠更斯原理證明波的反射定律和波的折射定律學(xué)問點(diǎn)一多普勒效應(yīng)[基礎(chǔ)梳理]1.定義波源與觀看者相互靠近或者相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。2.成因(1)波源與觀看者相對(duì)靜止時(shí)，1s內(nèi)通過觀看者的波峰(或密部)的數(shù)目是肯定的，觀看到的頻率等于波源振動(dòng)的頻率。(2)當(dāng)波源與觀看者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，1s內(nèi)通過觀看者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀看到的頻率增大；反之，當(dāng)波源與觀看者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀看到的頻率變小。3.應(yīng)用(1)測(cè)車輛速度；(2)測(cè)星球速度；(3)測(cè)血流速度。[要點(diǎn)精講]1.多普勒效應(yīng)是波共有的特征，不僅機(jī)械波，光波和電磁波也都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。2.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀看者接收到的頻率。3.當(dāng)聲源與觀看者相互接近時(shí)，f觀看者變大，音調(diào)變高。如圖1甲中波源S不動(dòng)，觀看者由A向B運(yùn)動(dòng)和圖乙中觀看者A不動(dòng)，波源由S1向S2運(yùn)動(dòng)。當(dāng)聲源與觀看者相互遠(yuǎn)離時(shí)，f觀看者變小，音調(diào)變低。如圖甲中波源S不動(dòng)，觀看者由A向C運(yùn)動(dòng)。圖1【例1】下面說法中正確的選項(xiàng)是()A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀看者接收到的頻率發(fā)生了變化C.多普勒效應(yīng)是在波源與觀看者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)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)覺的解析當(dāng)波源與觀看者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，應(yīng)選項(xiàng)C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀看者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有轉(zhuǎn)變，應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)覺的，應(yīng)選項(xiàng)D正確。答案BCD學(xué)問點(diǎn)二惠更斯原理[基礎(chǔ)梳理]1.波面和波線(1)波面：在波的傳播過程中，任一時(shí)刻振動(dòng)狀態(tài)都相同的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所組成的面。波面為球面的波叫球面波，波面是平面的波叫平面波。如圖2所示。圖2(2)波線：與波面垂直的那些線代表了波的傳播方向，叫做波線。2.惠更斯原理(1)內(nèi)容：介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看作放射子波的波源，其后任意時(shí)刻，這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面。(2)應(yīng)用：假如知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置，還知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一時(shí)刻這個(gè)波面的位置，從而確定波的傳播方向。[要點(diǎn)精講]1.對(duì)惠更斯原理的理解(1)惠更斯原理中，同一波面上的各點(diǎn)都可以看做子波的波源。子波波源的頻率與波源的頻率相等。(2)波線的指向表示波的傳播方向。(3)在各向同性勻稱介質(zhì)中，波線恒與波面垂直。(4)球面波的波線是沿半徑方向的直線，平面波的波線是垂直于波面的平行直線。(5)利用惠更斯原理可以解釋平面波和球面波的傳播、波的衍射、干預(yù)和折射現(xiàn)象，但無(wú)法說明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物的大小關(guān)系。2.對(duì)波的反射與折射的理解(1)波的反射：反射波的波長(zhǎng)、波速、頻率跟入射波的相同。(2)波的折射：在波的折射中，波的頻率不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生轉(zhuǎn)變。(3)波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的緣由是波在不同的介質(zhì)中的傳播速度不同。【例2】關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解，以下說法正確的選項(xiàng)是()A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀況完全相同B.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀況可能不相同C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面D.無(wú)論怎樣的波，波線始終和波面垂直解析依據(jù)惠更斯原理：波面是由任意時(shí)刻振動(dòng)狀況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，故A正確，B錯(cuò)；由波面和波線的概念，不難判定C、D正確。答案ACD【例3】在室內(nèi)講話的聲音比在室外空曠處講話的聲音要嘹亮，是由于()A.室內(nèi)空氣不流淌 B.室內(nèi)聲音屢次反射C.室內(nèi)聲音發(fā)生折射 D.室內(nèi)物體會(huì)吸附聲音解析在室內(nèi)聽到的聲音嘹亮是由于聲波在室內(nèi)墻壁上經(jīng)過屢次反射而得到加強(qiáng)。答案B1.下面描述沒有利用多普勒效應(yīng)的是()A.利用在地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來推斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速率B.交通警察向行駛中的汽車放射一個(gè)頻率的超聲波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來，依據(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推斷火車的運(yùn)動(dòng)狀況D.有閱歷的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲可推斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去解析但凡波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測(cè)定遙遠(yuǎn)星體相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的速率；被反射的超聲波，相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出的超聲波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的計(jì)算公式可以求出運(yùn)動(dòng)物體的速度；鐵路工人是依據(jù)振動(dòng)的強(qiáng)弱而對(duì)列車的運(yùn)動(dòng)做出推斷的；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)，故只有選項(xiàng)C不是利用多普勒效應(yīng)。答案C2.依據(jù)多普勒效應(yīng)，以下說法正確的選項(xiàng)是()A.當(dāng)波源與觀看者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀看者接收到的頻率肯定發(fā)生變化B.當(dāng)波源與觀看者同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀看者接收到的頻率肯定比波源發(fā)出的頻率低C.當(dāng)波源與觀看者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀看者接收到的頻率肯定比波源發(fā)出的頻率高D.當(dāng)波源與觀看者反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀看者接收到的頻率肯定比波源發(fā)出的頻率低解析當(dāng)波源與觀看者的相對(duì)距離減小時(shí)，觀看者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的個(gè)數(shù)增多，即觀看者接收到的頻率比波源發(fā)出的頻率高；當(dāng)二者的相對(duì)距離增大時(shí)，觀看者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的個(gè)數(shù)削減，即觀看者接收到的頻率比波源發(fā)出的頻率低。當(dāng)波源與觀看者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但距離不變時(shí)(如圓周運(yùn)動(dòng))，那么不會(huì)消失多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)波源與觀看者同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者的距離可能增大，也可能減小，也可能不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)波源與觀看者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者的相對(duì)距離減小，應(yīng)選項(xiàng)C正確；當(dāng)波源與觀看者反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者的相對(duì)距離增大，選項(xiàng)D正確。答案CD3.以下關(guān)于惠更斯原理的說法正確的選項(xiàng)是()A.惠更斯原理能夠解釋波的反射和折射現(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(gè)波面的各點(diǎn)，都可以看成放射子波的波源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(duì)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、C正確，D錯(cuò)誤。答案ABC4.如圖3所示，1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，那么()圖3A.2與1的波長(zhǎng)、頻率相等，波速不等B.2與1的波速、頻率相等，波長(zhǎng)不等C.3與1的波速、頻率、波長(zhǎng)相等D.3與1的頻率相等，波速、波長(zhǎng)均不等解析反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速與入射波都應(yīng)當(dāng)相等，故A、B錯(cuò)誤；折射波的波長(zhǎng)、波速與入射波都不等，但頻率相等，故C錯(cuò)誤，D正確。答案D選擇題(在每題給出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。)1.關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法中不正確的選項(xiàng)是()A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率保持不變B.要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀看者間必需有相對(duì)運(yùn)動(dòng)C.只有聲波會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)D.機(jī)械波、電磁波和光波都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)解析多普勒效應(yīng)是一種現(xiàn)象，發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率沒有發(fā)生轉(zhuǎn)變，波源與觀看者之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀看者接收到的波的頻率發(fā)生變化，而且機(jī)械波、電磁波和光波都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。答案C2.醫(yī)院通過彩超對(duì)人體進(jìn)行體檢時(shí)，彩超機(jī)向人體內(nèi)放射頻率已精確把握的超聲波，超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速。這一技術(shù)主要利用了哪一種物理現(xiàn)象()A.多普勒效應(yīng) B.波的衍射C.波的干預(yù) D.共振解析彩超機(jī)是利用超聲波的多普勒效應(yīng)而制成的儀器。答案A3.蝙蝠在地窖中飛來飛去時(shí)，它利用超聲脈沖導(dǎo)航特別有效，這種超聲脈沖是持續(xù)1ms或不到1ms的短促放射，且每秒重復(fù)放射幾次。假定蝙蝠的超聲脈沖的放射頻率為39000Hz，在一次正朝著外表平直的墻壁飛撲的期間，那么以下推斷正確的選項(xiàng)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解析由于蝙蝠向墻壁靠近，所以墻壁接收的頻率大于39000Hz，蝙蝠接收到墻壁反射的頻率也大于墻壁接收的頻率。所以C正確。答案C4.如圖1所示，將上下振動(dòng)的振針?biāo)揭苿?dòng)，移動(dòng)過程中在水面上形成了如下圖的水波圖形，以下說法正確的選項(xiàng)是()圖1A.振針向右移動(dòng)B.振針向左移動(dòng)C.在A處的觀看者，接收到的水波頻率變小D.在A處的觀看者，接收到的水波頻率變大解析振針(波源)前進(jìn)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(dòng)；由于波源遠(yuǎn)離觀看者時(shí)，水波波長(zhǎng)變長(zhǎng)，觀看者接收到的頻率變小，故A、C正確。答案AC5.如圖2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?fù)u擺，以下關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的選項(xiàng)是()圖2A.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(shì)，依據(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(yùn)動(dòng)時(shí)，她感到音調(diào)變低，選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤。答案AD6.有一種用遙控裝置操縱、沿圓周飛行的模型飛機(jī)，用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)動(dòng)力。以下說法中正確的選項(xiàng)是()A.站在中心的操縱者聽到發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音的音調(diào)忽高忽低地做周期性變化B.站在中心的操縱者聽到發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音的音調(diào)是不變的C.站在場(chǎng)邊的觀看者聽到發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音的音調(diào)忽高忽低地做周期性變化D.站在場(chǎng)邊的觀看者聽到發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音的音調(diào)是不變的解析內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)發(fā)出頻率肯定的聲波，站在中心的操縱者與發(fā)動(dòng)機(jī)之間距離不變，聽到的聲音的頻率不變；站在場(chǎng)邊的觀看者與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的距離做周期性變化，聽到的聲音的頻率也在做周期性變化，選項(xiàng)B、C正確。答案BC7.以下說法正確的選項(xiàng)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(shí)刻任一波面上各子波波面的包絡(luò)面就是新的波面解析波線表示波的傳播方向，故A正確，B錯(cuò)誤；全部的波都具有波面，故C錯(cuò)誤；由惠更斯原理可知，D正確。答案AD8.以下說法中正確的選項(xiàng)是()A.依據(jù)惠更斯原理可知，介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看做放射子波的波源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.假設(shè)知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)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)象解析惠更斯原理將介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)看做放射子波的波源，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。答案AD9.聲波從聲源發(fā)出，在空中向外傳播的過程中()A.波速在漸漸變小 B.頻率在漸漸變小C.振幅在漸漸變小 D.波長(zhǎng)在漸漸變小解析依據(jù)惠更斯原理知，聲波從聲源發(fā)出后，在空中向外傳播的過程中，形成了以波源為中心的波面，波面上的每個(gè)點(diǎn)都是子波的波源，然后又形成子波波面，形成的包絡(luò)面，即為新波面，但聲源供應(yīng)的能量肯定，在形成新的波面后，總能量不變，但每個(gè)新波面獲得的能量削減，故在波的傳播過程中振幅漸漸減小，故應(yīng)選C。答案C10.一列聲波從空氣傳入水中，水中聲速較大，那么()A.聲波頻率不變，波長(zhǎng)變小B.聲波頻率不變，波長(zhǎng)變大C.聲波頻率變小，波長(zhǎng)變大D.聲波頻率變大，波長(zhǎng)不變解析由于波的頻率由波源打算，因此波無(wú)論在空氣中還是在水中頻率都不變，故C、D錯(cuò)誤；又因波在水中速度較大，由公式v＝λf可得，波在水中的波長(zhǎng)較大，故A錯(cuò)誤，B正確。答案B11.如圖3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處的靜止的人感受到的聲波的頻率為f1，車右側(cè)B處的靜止的人感受到的聲波的頻率為f2，那么()圖3A.f1＜f，f2＜f B.f1＜f，f2＞fC.f1＞f，f2＞f D.f1＞f，f2＜f解析波源朝向觀看者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)頻率大于波源的頻率，波源遠(yuǎn)離觀看者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)頻率小于波源的頻率，D正確。答案D12.如圖4所示，在原點(diǎn)處做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(hào)，在x＝400m處設(shè)有一接收器A(圖中未標(biāo)出)。t＝0時(shí)，波已經(jīng)傳播到x＝40m處，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是()圖4A.波源振動(dòng)的周期為0.05sB.x＝40m處的質(zhì)