第5節(jié)多普勒效應學習目標要求核心素養(yǎng)和關鍵能力1.知道多普勒效應。2.能定性分析多普勒效應產(chǎn)生的原因。3.能用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象。1.核心素養(yǎng)理解多普勒效應的成因。2.關鍵能力用控制變量法探究多普勒效應。知識點一多普勒效應仔細聽急救車的鳴笛聲，你會發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象：當車從你身邊疾馳而過的時候，鳴笛的音調(diào)會由高變低。這到底是怎么回事？提示人感受到的音調(diào)取決于人在單位時間內(nèi)接收到完整聲波的個數(shù)，即聲波的頻率。當急救車從身邊疾馳而過時，相同時間內(nèi)人聽到的急救車發(fā)出的完整聲波個數(shù)減少，即聽到的鳴笛聲頻率降低、音調(diào)變低。?多普勒效應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，這種現(xiàn)象叫作多普勒效應。?多普勒效應產(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，觀測到的頻率等于波源振動的頻率。(2)當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，觀測到的頻率增加；反之，當波源與觀察者互相遠離時，觀測到的頻率變小。1．波源頻率：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)。2．接收頻率(1)波源和觀察者相對靜止時，觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。(2)波源和觀察者有相對運動時，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)發(fā)生變化，即感覺到波的頻率發(fā)生變化。波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率減小。3．成因歸納根據(jù)以上分析可知，發(fā)生多普勒效應時，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)生了變化?！纠?】關于多普勒效應，下列說法中正確的是()A．發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．當觀察者和波源速度相同時，會發(fā)生多普勒效應D．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應答案B解析當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應，而觀察者與波源速度相同時，兩者不發(fā)生相對運動，不會產(chǎn)生多普勒效應，選項C錯誤；發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項A錯誤，B正確；多普勒效應，不僅適用于聲波，也適用于其他類型的波，包括電磁波和光波，選項D錯誤?！居柧?】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)多普勒效應可知，當聲源接近接收器時接收到的頻率f增大，故B項正確。知識點二多普勒效應的應用?利用多普勒測速儀測速交通警察向行進中的車輛發(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。?利用超聲波測血流速度醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，測出被血管中的血流反射后的波的頻率變化，就可知道血流的速度。?利用光波的頻率變化，計算星球靠近或遠離我們的速度?！纠?】(多選)下列選項與多普勒效應有關的是()A．科學家用激光測量月球與地球間的距離B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度D．科學家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠離地球的速度答案BCD解析科學家用激光測量月球與地球間的距離是利用光的反射原理，故A錯誤；醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速是利用超聲波的多普勒效應，故B正確；交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度是利用超聲波的多普勒效應，故C正確；科學家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠離地球的速度，是利用光的多普勒效應，故D正確。【訓練2】(多選)在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應解釋的有()A．雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C．觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低D．同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同答案BC解析雷雨天閃電和雷聲同時產(chǎn)生，但由于光在空氣中的傳播速度遠大于聲音在空氣中的傳播速度，所以先看到閃電，后聽到雷聲，這個現(xiàn)象與多普勒效應無關，A錯誤；超聲波被血管中的血液反射，血液的流動造成了探測器接收到的超聲波的頻率發(fā)生了變化，這是多普勒效應，B正確；觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲音調(diào)變低，是因為列車遠去使人聽到的聲音的頻率小于列車發(fā)出聲音的頻率，是多普勒效應，C正確；同一聲源發(fā)出的聲波在空氣中和水中傳播的速度不同是因為介質(zhì)不同，與多普勒效應無關，D錯誤。1．(多普勒效應的理解)(多選)關于多普勒效應，以下說法正確的有()A．只有機械波才能產(chǎn)生多普勒效應B．機械波和電磁波均能產(chǎn)生多普勒效應C．產(chǎn)生多普勒效應的原因是波源的頻率發(fā)生了變化D．產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化答案BD解析多普勒效應是波動過程共有的特征，無論是機械波還是電磁波，都能產(chǎn)生多普勒效應，故A錯誤，B正確；產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率不變，故C錯誤，D正確。2．(多普勒效應的應用)(2021·云南昆明聯(lián)考)某地在進行飛行航模表演，下列說法正確的是()A．當觀眾聽到的聲音頻率變高時，可以判斷飛機正在飛來B．當觀眾聽到的聲音頻率變高時，可以判斷飛機正在飛離C．當飛機向觀眾飛來時，飛機發(fā)動機發(fā)出的聲音頻率變高D．當飛機飛離觀眾時，飛機發(fā)動機發(fā)出的聲音頻率變低答案A解析無論飛機是向觀眾飛來還是飛離觀眾，飛機發(fā)動機發(fā)出的聲音頻率不變，故C、D錯誤；飛機向觀眾飛來時，觀眾聽到的聲音頻率變高，飛機飛離觀眾時，觀眾聽到的聲音頻率變低，故A正確，B錯誤。3．(多普勒效應的應用)(多選)下面哪些應用是利用了多普勒效應()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)射一個已知頻率的電磁波，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．鐵路工人將耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D．有經(jīng)驗的戰(zhàn)士利用炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去答案ABD解析凡是波都具有多普勒效應，因此利用光波的多普勒效應便可以測定遙遠天體相對地球運動的速度，A正確；被反射的電磁波，相當于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，接收到的頻率發(fā)生變化，由多普勒效應的知識可以求出運動物體的速度，B正確；鐵路工人是根據(jù)振動的強弱變化而對列車的運動作出判斷的，C錯誤；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運動方向有關，D正確。題組一多普勒效應的理解1．當波源遠離觀測者時，觀測者所接收到的頻率f′和波源振動的頻率f的關系為()A．f′＝f B．f′＜fC．f′＞f D．無法確定答案B解析波源遠離觀測者的過程中，觀測者接收到的波的頻率比波源振動的頻率小，即f′＜f，B正確。2．(多選)如圖所示，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()A．振針在向右移動B．振針在向左移動C．在A處的觀察者，接收到的水波頻率變小D．在A處的觀察者，接收到的水波頻率變大答案AC解析振針前進方向上的水波變得密集，在其移動反方向的水波變得稀疏，因此振針在向右移動；波源遠離觀察者時，觀察者接收到的頻率變小，故A、C正確。題組二多普勒效應的應用3．(多選)下列哪些現(xiàn)象屬于多普勒效應()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，遠離你而去時，音調(diào)變低D．大風中，遠處的人說話的聲音時強時弱答案BC解析聲波音調(diào)的高低由其頻率決定，據(jù)多普勒效應，當聲源與觀察者發(fā)生相對運動時，觀察者聽到的音調(diào)會變化，B、C正確；聲音的強弱由聲波的能量決定，聲源越近，聲波能量越大，聽起來越響亮，但音調(diào)不一定變化，A、D項不屬于多普勒效應。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，能正確反映被汽車反射回來的超聲波的頻率隨汽車運動位移變化情況的圖像是()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，故接收到的反射波的頻率應該小于發(fā)出的波的頻率，故D正確。5．a(chǎn)為聲源，發(fā)出聲波。b為接收者，接收a發(fā)出的聲波。若a、b在沿著兩者連線的方向運動(速度都不超過聲速)，以下說法中正確的是()A．若a、b相互靠近，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的低B．若a、b向同一方向運動，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的低C．若a、b向同一方向運動，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的高D．若a靜止，b向a運動，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的高答案D解析判斷b接收到的聲波的頻率與聲源頻率的高低關系，關鍵是看聲源a與接收者b之間的距離如何變化，若遠離，則b接收到的聲波的頻率比a發(fā)出的低，若靠近，則b接收到的聲波的頻率比a發(fā)出的高，故A錯誤，D正確；當a、b向同一方向運動時，兩者之間的距離可變大、可變小、可不變，故b接收到的聲波的頻率與a發(fā)出的聲波的頻率的關系不確定，故B、C錯誤。6．蝙蝠在洞穴中飛來飛去時，它利用超聲脈沖導航非常有效。這種超聲脈沖的頻率高于20000Hz，能持續(xù)1ms或不到1ms的短促發(fā)射，且每秒重復發(fā)射數(shù)次。假定蝙蝠的超聲脈沖發(fā)射頻率為39000Hz，在一次朝著表面平直的墻壁飛撲的期間，下列說法正確的是()A．墻壁接收到的超聲脈沖頻率等于39000HzB．蝙蝠接收到的從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于墻壁接收的頻率C．蝙蝠接收到的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答案C解析由于蝙蝠向墻壁靠近，所以墻壁接收的超聲脈沖頻率大于39000Hz，蝙蝠接收到的墻反射的超聲脈沖頻率大于墻接收的超聲脈沖頻率，故C正確。7．汽車無人駕駛技術已逐漸成熟，最常用的是ACC自適應巡航控制系統(tǒng)，它可以控制無人車在前車減速時自動減速、前車加速時自動跟上去。其使用的傳感器主要是毫米波雷達，該雷達會發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時間差和多普勒效應造成的頻率變化來測量目標的相對距離和相對速度。若該雷達發(fā)射的無線電波的頻率為f，接收到的回波的頻率為f′，則()A．當f＝f′時，表明前車與無人車速度相同B．