3.5多普勒效應(yīng)

01學(xué)習(xí)目標(biāo)

物理素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.物理觀念：知道多普勒效應(yīng)，了解多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的機理。1.通過實驗了解多普勒效應(yīng)及產(chǎn)

2.科學(xué)思維：能根據(jù)相對運動理解多普勒效應(yīng)。生的原因，知道多普勒效應(yīng)是波

3.科學(xué)探究：經(jīng)歷探究多普勒效應(yīng)的過程。特有的現(xiàn)象。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解多普勒效應(yīng)在生活和科技中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)2.知道多普勒現(xiàn)象的簡單應(yīng)用。

興趣。

重點關(guān)注：①頻率②相對運動③多普勒效應(yīng)

02思維導(dǎo)圖

03知識梳理

（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識

一、多普勒效應(yīng)

1．多普勒效應(yīng):波源與觀察者相互靠近或者相互遠離時，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(dāng)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)波源與觀察者相互接近時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加(選填“增加”或“減

少”)，觀測到的頻率增大(選填“增大”或“減小”)；反之，當(dāng)波源與觀察者相互遠離時，觀測到的頻率

減小(選填“增大”或“減小”)。

說明：

(1)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。

(2)發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率保持不變，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化。

二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用

1.測車輛速度:交通警察向行進中的車輛發(fā)射一個已知頻率的超聲波,波被運動的車輛反射回來時,交通警察

根據(jù)反射波頻率變化的多少可知車輛的速度。

2.測天體速度:根據(jù)光波的多普勒效應(yīng),在地球上接收到的遙遠天體上某些元素發(fā)出的光波頻率,與地球上這

些元素靜止時發(fā)光的頻率對照,可以判斷遙遠天體相對地球的運動速度。

拓展——紅移現(xiàn)象：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，可測得星球靠近或遠離地球的速度。若星球遠離我們運動，接收到的光波的頻率變小，譜線就向

頻率小的紅端移動，這種現(xiàn)象稱為紅移現(xiàn)象。

3.醫(yī)用“彩超”:醫(yī)生向人體發(fā)射頻率已知的超聲波,超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收。測出反射

波的頻率變化,就能知道血流的速度,據(jù)此診斷疾病。

4.聽音辨向:可根據(jù)火車汽笛聲的音調(diào)的變化判斷火車是進站還是出站;根據(jù)炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈飛

行的方向等。

（二）辨析

1.火車進站和出站時,坐在火車上的乘客能感受到汽笛聲的音調(diào)發(fā)生變化嗎?

【答案】不能。坐在火車上的乘客會感受到汽笛聲的音調(diào)不發(fā)生變化,是因為聲源相對乘客是靜止的。

2.隨著科技的發(fā)展和作戰(zhàn)的需要,現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機飛得越來越快,有些戰(zhàn)斗機的速度超過了聲音在空氣中的傳

播速度。假設(shè)某爆炸聲在空氣中的傳播速度為340m/s,一架戰(zhàn)斗機正在爆炸點附近遠離它飛行,要使飛行員

聽不到爆炸聲,戰(zhàn)斗機飛行的速度至少為多大?

【答案】要使飛行員恰好聽不到爆炸聲,即飛行員正好一個聲波也接收不到,則他隨戰(zhàn)斗機運動的速度應(yīng)

與波前進的速度相同,即戰(zhàn)斗機應(yīng)以340m/s的速度遠離爆炸點飛行。

04題型精講

【題型一】多普勒效應(yīng)

【點撥】

相對位置圖示結(jié)論(頻率、音調(diào)、波面)

波源S和觀察者A相

f觀察者＝f波源，音調(diào)不變

對靜止

波源S不動，觀察者由A→B，f觀察者>f波源，音調(diào)升高

運動，由A→B或A→C由A→C，f觀察者<f波源，音調(diào)降低

觀察者A不動，波源

波源向哪運動，哪個方向波面被壓縮較密集

S運動，由S→S′，

接近觀察者，f觀察者>f波源，音調(diào)升高

接近觀察者或遠離

遠離觀察者，f觀察者<f波源，音調(diào)降低

觀察者

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。

【典型例題1】（23-24高二下·山西太原·期末）固定在振動片上的金屬絲周期性觸動水面可形成水波。振動

片在水面上沿x軸勻速移動時，拍得某時刻波的圖樣如圖所示。下列選項正確的是（）

A．波源向x軸負(fù)方向運動

B．A位置處波速大于B位置處波速

C．A位置處波速小于B位置處波速

D．A位置處接收到的波的頻率小于B位置處接收到的波的頻率

【答案】A

【詳解】A．左邊形成的波紋比較密，右邊的稀疏，所以振動片是向左側(cè)移動，故A正確；

BC．波速由介質(zhì)決定，則A位置處波速等于B位置處波速，選項BC錯誤；

D．因波源向左移動，根據(jù)多普勒效應(yīng)，A位置處接收到的波的頻率大于B位置處接收到的波的頻率，選

項D錯誤。

故選A。

【對點訓(xùn)練1】（2024高三·全國·專題練習(xí)）如圖所示為用發(fā)波水槽演示多普勒效應(yīng)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(zhì)點A、B位于水波對稱軸x軸上。下列

說法正確的是（）

A．A處波速大于B處波速

B．A處質(zhì)點的振幅越來越大

C．波源可能向x軸正方向運動

D．波源一定向x軸負(fù)方向運動

【答案】D

【詳解】A.機械波傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，A、B是同一介質(zhì)中的兩點，波速相等，故A錯誤；

B.由于不知道質(zhì)點固有頻率和波源頻率之間的關(guān)系，則無法判定A質(zhì)點的振幅變化情況，故B錯誤；

CD.在A點單位時間內(nèi)接收到的波面比B點多，則在A點觀察到的頻率比在B點觀察到的頻率高，因此

波源向x軸負(fù)方向運動，故C錯誤，D正確。

故選D。

05強化訓(xùn)練

【基礎(chǔ)強化】

1．（2024·重慶·模擬預(yù)測）一乘客佇立在站臺，列車持續(xù)鳴笛（頻率固定）通過站臺時，從靠近到遠離站

臺過程中，該乘客聽到鳴笛聲的頻率變化情況是（）

A．一直增大B．一直減小C．先增大后減小D．先減小后增大

【答案】C

【詳解】當(dāng)乘客站在火車軌道旁，一列正在鳴笛的高速火車靠近他的過程中，距離越來越小，乘客感知

的音調(diào)逐漸變高，即該乘客聽到鳴笛聲的頻率增大；火車離他而去，距離越來越遠，乘客感知的音調(diào)逐

漸變低，即該乘客聽到鳴笛聲的頻率減小。

故選C。

2．（23-24高一下·上海長寧·期末）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

運動速度，v表示聲波的傳播速度（u<v），f表示接收器接收到的頻率，若u增大，則（）

A．f變大，v不變B．f變大，v增大C．f不變，v不變D．f不變，v增大

【答案】A

【詳解】當(dāng)聲源靠近接收器時，接收器收到的頻率增大，若聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動的

速度增大，則接收器接收到的頻率會更大，但聲波的速度不會發(fā)生變化。

故選A。

3．（23-24高三下·重慶·階段練習(xí)）一列火車鳴笛勻速經(jīng)過鐵道，旁邊的人聽到鳴笛聲的音調(diào)一直在變化，

則下列說法正確的是（）

A．鐵道旁的人聽到鳴笛聲的音調(diào)發(fā)生變化是因為聲波發(fā)生了干涉

B．鐵道旁的人聽到鳴笛聲的音調(diào)一直升高

C．列車上的乘客聽到鳴笛聲的音調(diào)不變

D．鳴笛聲的音調(diào)越高則在空氣中傳播得越快

【答案】C

【詳解】A．鳴笛聲的音調(diào)發(fā)生變化是多普勒效應(yīng)，不是聲波的干涉，選項A錯誤；

B．由多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)火車靠近鐵道旁的人時，人聽到的鳴笛聲的音調(diào)升高；當(dāng)火車遠離鐵道旁的人

時，人聽到的鳴笛聲的音調(diào)降低，選項B錯誤；

C．由于車上乘客和鳴笛無相對運動，故不產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，聽到的音調(diào)不變，選項C正確；

D．聲音的傳播速度與音調(diào)（頻率）無關(guān)，選項D錯誤。

故選C。

4．（23-24高二下·廣東深圳·期中）如圖甲所示為醫(yī)護人員利用“彩超”測定血管中血液的流速，圖乙為波源

S連續(xù)振動，形成的水波，靠近橋墩P時浮出水面的葉片A靜止不動。下列說法不正確的是（）

A．圖甲中，測定血管中血液的流速，利用了多普勒效應(yīng)的原理

B．若波源與儀器相互靠近，儀器接收到超聲波的頻率變大

C．乙圖中，為使水波能帶動葉片振動，可降低波源振動的頻率

D．乙圖中，為使水波能帶動葉片振動，可減小波源距橋墩的距離

【答案】D

【詳解】AB．“彩超”利用的是多普勒效應(yīng)原理，“彩超”工作時，向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，若波

源與儀器相互靠近，儀器接收到超聲波的頻率變大，故AB正確；

v

CD．降低波源振動的頻率，根據(jù)

f

波速不變，頻率減小，波長增大，衍射現(xiàn)象明顯，水波能帶動葉片振動，減小波源距橋墩的距離并不能

使水波能帶動葉片振動，故C正確，D錯誤；

本題選擇錯誤選項，故選D。

5．（23-24高二下·河北邢臺·階段練習(xí)）春節(jié)假期，小明坐在沙發(fā)上用電視機觀看某科幻電影，情節(jié)緊張刺

激、扣人心弦，與此同時，來訪的親友快步向客廳走來，小明家長快步前去迎接，對于電視機發(fā)出的聲

音，小明聽到的聲音頻率為f1，來訪的親友聽到的聲音頻率為f2，小明家長聽到的聲音頻率為f3，則下

列說法正確的是（）

A．f1f2f3B．f2f3f1C．f2f1f3D．f3f2f1

【答案】C

【詳解】設(shè)電視劇發(fā)出聲音的頻率為f0，由題意可知小明相對于電視劇靜止不動，則有f1f0

來訪的親友相對在靠近電視機，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知f2f0

小明家長相對在遠離電視機，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知f3f0

則有f2f1f3

故選C。

6．（23-24高二下·全國·課前預(yù)習(xí)）美國霍普金斯大學(xué)利用多普勒效應(yīng)對蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星進行了跟蹤試

驗?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)衛(wèi)星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛(wèi)星向遠地點運動時返回的信號頻率降

低。

（1）波源的頻率由誰決定？

（2）觀察者接收到的頻率與哪些因素有關(guān)？

【答案】（1）由波源決定；（2）觀察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與觀察者的相對運動有關(guān)

【詳解】（1）波源的頻率由波源決定。

（2）由多普勒效應(yīng)可知，觀察者接收到的頻率不僅與波源的頻率有關(guān)，還與波源與觀察者的相對運動有

關(guān)。

7．（21-22高二·全國·課后作業(yè)）站在站臺上，如何根據(jù)汽笛音調(diào)的變化，判斷火車是駛向站臺還是駛離站

臺？

【答案】若聽到的汽笛音調(diào)變高，則火車正在駛向站臺，若聽到的汽笛音調(diào)變低，則火車正在駛離站臺。

【詳解】因為當(dāng)聲源朝著我們運動時，我們聽到的聲音的音調(diào)會變高，當(dāng)聲源遠離我們運動時，我們聽

到的聲音的音調(diào)會變低。若聽到的汽笛音調(diào)變高，則火車正在駛向站臺，若聽到的汽笛音調(diào)變低，則火

車正在駛離站臺。

【素養(yǎng)提升】

8．（23-24高二下·安徽合肥·期中）分析下列物理現(xiàn)象：①水塘中的水波繞過障礙物繼續(xù)傳播；②雷聲在

云層里轟鳴不絕；③彩超測出反射波頻率的變化，從而知道血液流速；④具有主動降噪功能的耳機，

根據(jù)收集到的噪聲信息發(fā)出特定聲波可以抵消噪聲。這些物理現(xiàn)象分別屬于波的（）

A．多普勒效應(yīng)、干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、反射現(xiàn)象

B．衍射現(xiàn)象、反射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)、干涉現(xiàn)象

C．多普勒效應(yīng)、反射現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象

D．衍射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)、反射現(xiàn)象

【答案】B

【詳解】①水塘中的水波繞過障礙物繼續(xù)傳播屬于衍射現(xiàn)象；②雷聲在云層里轟鳴不絕屬于反射現(xiàn)象；

③彩超測出反射波頻率的變化，從而知道血液流速屬于多普勒效應(yīng)；④具有主動降噪功能的耳機，根

據(jù)收集到的噪聲信息發(fā)出特定聲波可以抵消噪聲屬于干涉現(xiàn)象。

故選B。

9．（23-24高一下·湖北武漢·期末）下列對機械波及其特性的說法，正確的是（）

A．不同頻率的聲波在同一介質(zhì)中的速率不同

B．“余音繞梁，三日不絕”屬于聲波的反射現(xiàn)象

C．圖中波源沿BA方向運動，且A處的觀察者接收到的頻率低于波源頻率

D．平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成復(fù)雜而美麗的圖案，屬于水波的衍射現(xiàn)象

【答案】B

【詳解】A．不同頻率的聲波在同一介質(zhì)中的速率相同，故A錯誤；

B．“余音繞梁，三日不絕”屬于聲波的反射現(xiàn)象，故B正確；

C．圖中表示多普勒效應(yīng)，波源沿AB方向運動，且A處的觀察者接收到的頻率低于波源頻率，故C錯誤；

D．平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成復(fù)雜而美麗的圖案，屬于水波的干涉現(xiàn)象，故D錯

誤。

故選B。

10．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）若該路段限速為100km/h，則轎車是否超速？

（2）若轎車以20m/s的速度行進，反射回的波的頻率應(yīng)怎樣變化？

【答案】（1）超速；（2）比發(fā)出時高

【詳解】（1）巡警車接收到的頻率低，由多普勒效應(yīng)知巡警車與轎車在相互遠離；而巡警車車速恒定，

以100km/h的速度在轎車后面行駛，可判斷轎車車速比巡警車車速大，故該車超速。

（2）若該轎車以20m/s的速度行進，此時巡警車與轎車在相互靠近，由多普勒效應(yīng)知反射回的電磁波的

頻率應(yīng)比發(fā)出時高。

【能力培優(yōu)】

11．（23-24高三下·江蘇南京·開學(xué)考試）機場附近每天都能聽到飛機發(fā)動機的轟鳴聲，一位父親帶著孩子

散步的過程中，有一架飛機從上空勻速駛過，如圖所示，問飛機從圖中A位置到B位置過程中，他們所

聽到的轟鳴聲的頻率如何變化（）

A．一直增大

B．一直減小

C．先增大，后減小

D．先減小，后增大

【答案】B

【詳解】設(shè)飛機速度為v，飛機與觀察者連線與飛機運動方向的夾角（銳角）為，則飛機指向（或背向）

觀察者的速度大小為vvcos

在飛機從遠處到觀察者正上方過程，即飛機靠近觀察者過程，逐漸增大到90，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，

觀察者聽到的轟鳴聲的頻率大于飛機發(fā)生的轟鳴聲的頻率，但由于飛機指向觀察者的速度大小v逐漸減

小，所以觀察者聽到的轟鳴聲的頻率逐漸減小，當(dāng)飛機處于觀察者正上方時，觀察者聽到的轟鳴聲的頻

率剛好等于飛機發(fā)生的轟鳴聲的頻率；飛機從觀察者正上方飛過到遠處過程，即飛機遠離觀察者過程，

從90逐漸減小，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，觀察者聽到的轟鳴聲的頻率小于飛機發(fā)生的轟鳴聲的頻率，且

飛機背向觀察者的速度大小v逐漸增大，則觀察者聽到的轟鳴聲的頻率逐漸減小。綜上分析可知，他們

所聽到的轟鳴聲的頻率一直減小。

故選B。

12．（23-24高二下·湖北·期中）小明為多普勒效應(yīng)的理解問題而請教他的物理老師，老師就給他出了一道

勻速直線運動的題目讓他思考，他輕松做完了這道題目，從此不再困惑。請你也嘗試做一做這道題目：

如圖（b）所示，聲源S在x軸上運動，S相繼向右側(cè)觀察者A發(fā)出兩個脈沖信號（如圖（a）所示），

兩脈沖信號間的時間間隔為T。已知空氣中聲音傳播的速度大小為v，不考慮空氣的流動，試計算如下

11

兩種情況中A接收到的兩個脈沖信號間的時間間隔T'，并比較f與f的大小關(guān)系。（設(shè)T遠大

TT

于單個脈沖的持續(xù)時間，且遠小于信號在空間傳播的時間）

（1）聲源S靜止，觀察者A以大小為vA的速度沿x正方向軸運動（vAv）；

（2）聲源S、觀察者A分別以大小為vS、vA的速度沿x軸正方向運動。（vSv、vAv）。

vvv

【答案】（1）TT，ff；（2）TST，見解析

vvAvvA

【詳解】（1）設(shè)兩個脈沖信號從波源S發(fā)出后分別經(jīng)時間t1、t2到達觀察者A，則有vt1vATvt2

且TTt2t1

v

聯(lián)立解得TT

vvA

1vv1vv

頻率為fAAf

TvTv

故ff

解法二：兩脈沖信號都發(fā)出后的間距為ΔxvT

選觀察者A為參考系，兩信號脈沖的相對速度為vvvA

則兩信號脈沖到達觀察者A的時間間隔T滿足ΔxvT

即有vvATvT

v

解得TT

vvA

（2）兩個脈沖信號從波源S發(fā)出后分別經(jīng)時間t1、t2到達觀察者A，則有vt1vATvt2vST

且TTt2t1

vvvv

聯(lián)立解得TST，fAf

vvAvvS