5多普勒效應(yīng)6惠更斯原理[學(xué)科素養(yǎng)與目標要求]物理觀念：1.了解多普勒效應(yīng).2.知道什么是波面和波線，了解惠更斯原理.3.知道波傳播到兩種介質(zhì)交界面時會發(fā)生反射、折射現(xiàn)象.科學(xué)思維：1.能運用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象.2.能用惠更斯原理解釋反射、折射現(xiàn)象.科學(xué)探究：進行演示實驗“蜂鳴器音調(diào)的變化”，讓學(xué)生實際感受一下音調(diào)隨波源與觀察者距離的變化而發(fā)生的變化.科學(xué)態(tài)度與責任：在實驗過程中很好地保持交流與合作，敢于發(fā)表自己對探究過程與實驗結(jié)論的理解或想法，并且能正確表達自己的觀點.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)當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，觀察到的頻率等于波源振動的頻率.(2)當波源與觀察者相向運動時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加(填“增加”或“減小”)，觀察到的頻率增加(填“增加”或“減小”)；反之，當波源與觀察者互相遠離時，觀察到的頻率減小(填“增加”或“減小”).3.應(yīng)用(1)測車輛速度.(2)測星球速度.(3)測血流速度.二、波的反射和折射1.反射現(xiàn)象：波遇到介質(zhì)界面會返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.2.折射現(xiàn)象：波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象.1.判斷下列說法的正誤.(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率發(fā)生了變化.(×)(2)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應(yīng).(×)(3)波發(fā)生反射和折射時波的頻率都不變，但波長、波速均發(fā)生變化.(×)2.如圖1表示產(chǎn)生機械波的波源S做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰.該圖表示________現(xiàn)象，觀察到波的頻率最高和最低的位置分別是________、________.圖1答案多普勒效應(yīng)AB一、多普勒效應(yīng)警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠離的過程，你會聽到警笛的聲音在變化.思考下列問題：(1)你聽到警笛的音調(diào)有何不同？(2)實際上警笛的音調(diào)會變化嗎？(3)聽到音調(diào)發(fā)生變化的原因是什么？答案(1)(2)(3)警車與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率減小，因此會感覺警笛音調(diào)變化.多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因分析1.相對位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所示f觀察者＝f波源音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f觀察者>f波源，音調(diào)變高；若遠離波源，由A→C，則f觀察者<f波源，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運動，由S→S′，如圖所示f觀察者>f波源音調(diào)變高2.成因歸納根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應(yīng)時，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動，且兩者間距發(fā)生變化.例1關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法中正確的是()A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率發(fā)生了變化B.要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者必須有相對運動且兩者間距發(fā)生變化C.火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變低，火車離你遠去時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變高D.只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)答案B解析發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，波源和觀察者必須有相對運動，且兩者間距發(fā)生變化才能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故A錯誤，B正確；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當波源和觀察者間距變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高，聽到的聲音音調(diào)變高，當波源和觀察者間距變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低，聽到的聲音音調(diào)變低，故C錯誤；所有波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故D錯誤.[學(xué)科素養(yǎng)]例1判斷是不是發(fā)生了多普勒效應(yīng).首先確定波源與觀察者間距是否發(fā)生了變化.當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變.意在考查學(xué)生靈活運用相關(guān)知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).針對訓(xùn)練(2017·鹽城高二檢測)裝有多普勒測速儀的汽車測速監(jiān)視器安裝在公路旁，它向行駛中的車輛發(fā)射已知頻率的超聲波，并接收被車輛反射回來的反射波.當某汽車向測速監(jiān)視器靠近時，被該汽車反射回來的反射波與測速監(jiān)視器發(fā)出的超聲波相比()A.頻率不變，波速變小B.波速不變，頻率變小C.頻率不變，波速變大D.波速不變，頻率變大答案D解析波速由介質(zhì)決定，所以被該汽車反射回來的反射波與測速監(jiān)視器發(fā)出的超聲波相比波速不變，根據(jù)聲音的多普勒效應(yīng)，聲源和觀察者靠近時接收頻率變高，所以被該汽車反射回來的反射波與發(fā)出的超聲波相比頻率變大，故D正確，A、B、C錯誤.二、波的反射和折射及應(yīng)用1.波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時發(fā)生了反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，如圖2和圖3所示，一些物理量相應(yīng)地發(fā)生變化，比較如下：圖2圖3波現(xiàn)象比較項波的反射波的折射傳播方向改變i＝i′改變r≠i頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變2.說明(1)波的頻率是由波源決定的，介質(zhì)中各個質(zhì)點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的.(2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時是在同一介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時是在不同介質(zhì)中傳播，因此波速改變.(3)由v＝λf知，波長是由頻率和波速共同決定的.在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式λ＝eq\f(v,f)可知波長不變；在波的折射中，當進入新的介質(zhì)中波速增大時，由λ＝eq\f(v,f)可知波長變大；反之變小.例2圖4中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()圖4A.2與1的波長、頻率相等，波速不等B.2與1的波速、頻率相等，波長不等C.3與1的波速、頻率、波長均相等D.3與1的頻率相等，波速、波長均不等答案D解析波線1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波線1、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由λ＝eq\f(v,f)得波長不同，故C錯，D對.例3某測量員利用回聲測距，他站在兩平行墻壁間某一位置鳴槍，經(jīng)過1s第一次聽到回聲，又經(jīng)過0.5s再次聽到回聲，已知聲速為340m/s，則兩墻壁間的距離為多少？答案425m解析設(shè)兩墻壁間的距離為s，測量員離較近的墻壁的距離為x，則他離較遠的墻壁的距離為s－x，第一次聽到回聲時，2x＝vt1第二次聽到回聲時，2(s－x)＝v(t1＋Δt)其中Δt＝0.5s，t1＝1s，代入數(shù)據(jù)得：s＝425m.回聲測距的三種情況1.當聲源不動時，聲波遇到了障礙物后會返回繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下用的時間相等，設(shè)經(jīng)時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲·eq\f(t,2).2.當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)·eq\f(t,2).3.當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲－v)·eq\f(t,2).1.(對多普勒效應(yīng)的理解)(多選)一頻率為600Hz的聲源以20rad/s的角速度沿一半徑為0.80m的圓周做勻速圓周運動，一觀察者站在離圓心很遠的P點且相對于圓心靜止，如圖5所示，下列判斷正確的是()圖5A.觀察者接收到聲源在A點發(fā)出聲音的頻率大于600HzB.觀察者接收到聲源在B點發(fā)出聲音的頻率等于600HzC.觀察者接收到聲源在C點發(fā)出聲音的頻率等于600HzD.觀察者接收到聲源在D點發(fā)出聲音的頻率小于600Hz答案AB2.(多普勒效應(yīng)的應(yīng)用)(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天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度B.交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C.鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D.有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去答案ABD3.(對波的現(xiàn)象的綜合認識)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)一圈會聽到忽強忽弱的聲音；(4)當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)答案A解析在春天里一次閃電過后，雷聲轟鳴不絕，屬于聲波的反射；“聞其聲而不見其人”屬于聲波的衍射；學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音屬于聲波的干涉；當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)變高屬于多普勒效應(yīng).4.(波的反射和折射)一列聲波在介質(zhì)Ⅰ中的波長為0.2m.當該聲波從介質(zhì)Ⅰ中以某一角度傳入介質(zhì)Ⅱ中時，波長變?yōu)?.6m，如圖6所示，若介質(zhì)Ⅰ中的聲速是340m/s.求：圖6(1)該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時的頻率；(2)該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播的速度；(3)若聲波垂直進入介質(zhì)Ⅱ，經(jīng)0.4s返回介質(zhì)Ⅰ，則介質(zhì)Ⅱ的深度為多少？答案(1)1700Hz(2)1020m/s(3)204m解析(1)聲波在介質(zhì)Ⅰ中傳播時，由v＝λf得：介質(zhì)Ⅰ中頻率f＝eq\f(v1,λ1)＝eq\f(340,0.2)Hz＝1700Hz.由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變，所以聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時，頻率為1700Hz.(2)由v＝λf得聲波在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度為v2＝λ2f＝0.6×1700m/s＝1020m/s.(3)聲波經(jīng)eq\f(t,2)＝0.2s傳至介質(zhì)Ⅱ底部，故介質(zhì)Ⅱ的深度h＝v2·eq\f(t,2)＝1020×0.2m＝204m.一、選擇題考點一多普勒效應(yīng)1.(多選)下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)()A.遠去的汽車聲音越來越小B.炮彈迎面飛來，聲音刺耳C.火車向你駛來時，音調(diào)變高；離你而去時，音調(diào)變低D.大風(fēng)中，遠處人的說話聲時強時弱答案BC解析A項和D項中所說的現(xiàn)象是能量傳遞的問題，不是多普勒效應(yīng).B、C兩項所發(fā)生的現(xiàn)象是多普勒效應(yīng).2.(多選)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的音樂.當火車靜止，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)比原來降低的是()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動C.觀察者靜止，火車離他遠去D.火車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動答案CD解析根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高.當波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低.觀察者聽到這個音樂的音調(diào)比原來降低，即接收到的聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間的距離在變大.所以A、B錯誤，C、D正確.3.(多選)如圖1所示，將上下振動的振針水平移動，移動過程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是()圖1A.振針向右移動B.振針向左移動C.在A處的觀察者，接收到的水波頻率比振針的振動頻率小D.在A處的觀察者，接收到的水波頻率比振針的振動頻率大答案AC解析振針(波源)前進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；由于波源遠離觀察者時，水波波長變長，觀察者接收到的頻率比振針的振動頻率小，故A、C正確.4.平直公路上，汽車正在勻速遠離，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動位移變化的圖象，正確的是()答案D解析汽車正在勻速遠離，速度恒定，接收到的反射波的頻率也是恒定的.由于是遠離，汽車反射波的頻率應(yīng)該小于發(fā)出波的頻率，所以選項D正確.5.(多選)如圖2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()圖2A.女同學(xué)從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B.女同學(xué)從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C.女同學(xué)在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D.女同學(xué)在C點向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低答案AD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，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運動時，她感到音調(diào)變低，選項A、D正確，B、C錯誤.6.頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動.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不變答案B解析由于聲波的速度只由介質(zhì)決定，故v不變，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當聲源接近接收器時接收到的頻率變高，f增大，故B項正確.考點二波的反射與折射7.關(guān)于波的反射與折射，下列說法正確的是()A.入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變B.入射波的波長一定小于反射波的波長，其頻率不變C.入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變D.入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變答案A解析入射波與反射波在同種介質(zhì)中傳播，波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由v＝λf知波長相同，選項A正確，B錯誤；因不知介質(zhì)情況，入射波與折射波波長無法比較，選項C、D錯誤.8.夏天聽到雷聲隆隆不絕，是由于()A.聲波在云層多次反射造成的B.聲波透進云層發(fā)生折射造成的C.云層之間發(fā)生多次放電造成的D.以上說法都不對答案A解析雷聲隆隆不絕，我們好像聽到了多個雷聲，實際是聲波在云層中多次反射，傳到人耳中有時間間隔造成的.9.(多選)以下關(guān)于波的認識，正確的是()A.潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B.隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C.雷達的工作原理是利用波的干涉D.水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象答案ABD解析潛艇探測周圍物體利用了反射原理，A對；隱形飛機可以減少波的反射，B對；雷達工作原理利用了波的反射，C錯；水波的傳播方向發(fā)生變化，屬于波的折射，D對.10.對于波長為100m的聲波，下列說法正確的是()A.在同一介質(zhì)中，比波長為20m的聲波傳播快B.在空氣中的頻率比在水中大C.聲波能發(fā)生折射，但折射后頻率發(fā)生變化D.聲波能發(fā)生反射，但反射后波速不變答案D解析二、非選擇題11.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)出一個已知頻率的波，如果該波被轎車反射回來時，巡警車接收到的波的頻率比發(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