第四節(jié)多普勒效應學

習

目

標思

維

導

圖1.知道什么是多普勒效應，會用多普勒效應解釋一些現象．2.了解多普勒效應在生活中的應用．01.知識點一04.隨堂自主檢測05.課時素養(yǎng)評價19內容索引02.知識點二01.知識點一知識點一認識多普勒效應【情境導學】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)你聽到警笛的音調有何不同？實際上警笛的音調會變化嗎？聽到音調發(fā)生變化的原因是什么？提示：警車駛來時，音調變高；警車遠離時，音調變低．實際上警笛的音調不會變化．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變化．(2)多普勒效應能否發(fā)生與波源和觀察者間的距離有關系嗎？是不是距離越近，越容易發(fā)生多普勒效應？提示：能否發(fā)生多普勒效應僅取決于波源和觀察者間的距離是否變化，與距離的大小沒有關系．【知識梳理】多普勒效應：如果波源或觀察者或兩者都相對于傳播介質________，那么觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率就不________了，這樣的現象叫作多普勒效應．狀元隨筆發(fā)生多普勒效應時，是觀察者接收的波的頻率發(fā)生變化，波本身的頻率并沒有發(fā)生變化．運動相同【重難突破】1．多普勒效應：由于觀察者和波源之間有相對運動，觀察者的接收頻率與波源發(fā)出的頻率不同的現象．2．多普勒效應的理解例1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，波源頻率發(fā)生了變化B．要發(fā)生多普勒效應，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變低，火車離你遠去時，你聽到汽笛聲音調變高D．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應答案：B解析：發(fā)生多普勒效應時，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，A錯誤，B正確．根據多普勒效應可知，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，聽到的聲音音調變低，C錯誤．所有波都能發(fā)生多普勒效應，D錯誤．【變式訓練1】(多選)如圖甲所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐在秋千上來回擺動，據圖乙，下列關于女同學的感受的說法正確的是(

)A．女同學從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調變高B．女同學在點C向左運動時，她感覺哨聲音調變低C.女同學在點C向右運動時，她感覺哨聲音調不變D.女同學從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調變高答案：AB解析：女同學從A向B運動過程中，靠近聲源，根據多普勒效應，她感覺哨聲音調變高，A正確；女同學在點C向左運動時，遠離聲源，根據多普勒效應，她感覺音調變低，B正確；女同學在點C向右運動時，靠近聲源，根據多普勒效應，她感覺哨聲音調變高，C錯誤；女同學從E向D運動過程中，遠離聲源，根據多普勒效應，她感覺到音調變低，D錯誤．02.知識點二知識點二多普勒效應的應用【知識梳理】1．多普勒測速交警向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被汽車反射回來時，接收到的波的________發(fā)生變化，由此可以測出汽車的速度．2．彩超頻移：當聲源與接收體(即探頭和反射體)之間有相對運動時，________的頻率有所改變，此種頻率的________被稱為頻移．經自相關技術進行多普勒信號處理，把頻移與血流信號對應起來，因而可以通過處理頻移信號建立彩色多普勒超聲．3．跟蹤衛(wèi)星頻率回聲變化【重難突破】1．超聲波測速：發(fā)射裝置向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率．據反射波頻率變化的多少可以知道車輛的速度．2．紅移現象：在20世紀初，科學家們發(fā)現許多星系的譜線有“紅移現象”，所謂“紅移現象”，就是整個光譜結構向光譜紅色的一端偏移，這種現象可以用多普勒效應加以解釋．由于星系遠離我們運動，接收到的星光的頻率變小，譜線就向頻率變小(即波長變大)的紅端移動．科學家從紅移的大小還可以算出這種遠離運動的速度．這種現象是證明宇宙在膨脹的一個有力證據．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，據此診斷疾病．4．可根據火車汽笛的音調的變化判斷火車是進站還是出站；根據炮彈飛行的尖嘯聲判斷炮彈飛行的方向等．5．測星球速度：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，可測得星球的速度．6．應用多普勒效應還可以跟蹤人造地球衛(wèi)星．例2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，如果該電磁波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，說明那輛轎車的車速(

)A．高于100km/h B．低于100km/hC．等于100km/h D．無法確定答案：A解析：因巡警車(觀察者)接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，由多普勒效應知巡警車與轎車在相互遠離，而巡警車車速恒定又在后面，可判定轎車車速比巡警車車速大，故A正確，B、C、D錯誤．【變式訓練2】一架低空飛行的飛機，從遠處水平勻速地飛至某同學頭頂上空，若飛機振動的頻率始終不變，從聽到聲音至飛機飛臨該同學頭頂上空時刻前，他聽到的飛機聲音的音調(

)A．不變，且一直與飛機實際發(fā)出的聲音音調相同B．不變，且一直比飛機實際發(fā)出的聲音音調低C．不變，且一直比飛機實際發(fā)出的聲音音調高D．一直比飛機實際發(fā)出的聲音音調高答案：D解析：飛機和人的關系如圖所示，其中S為飛機，P為該同學．利用運動的分解把飛機的速度分解為兩個速度，不難得到v1＝vcosθ，v為飛機水平速度，v1為靠近速度，隨著飛機飛臨該同學頭頂上空，θ角逐漸增大，容易看出v1逐漸減小，所以他聽到的飛機聲音的音調是變低的，但始終比飛機實際發(fā)出的聲音音調高，故A、B、C錯誤，D正確．03.隨堂自主檢測1．(多選)假如一輛汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是(

)A．當汽車向你駛來時，聽到的喇叭聲音的頻率大于300HzB.當汽車向你駛來時，聽到的喇叭聲音的頻率小于300HzC.當汽車和你擦身而過后，聽到的喇叭聲音的頻率大于300HzD.當汽車和你擦身而過后，聽到的喇叭聲音的頻率小于300Hz答案：AD解析：根據多普勒效應規(guī)律，當汽車向你駛來時，聽到的喇叭聲音的頻率大于300Hz，A正確，B錯誤；

當汽車和你擦身而過后，聽到的喇叭聲音的頻率小于300Hz，C錯誤，D正確．2．(多選)如圖所示，一波源O做勻速直線運動時在均勻介質中產生球面波的情況，則(

)A．該波源正在移向A點B．該波源正在移向B點C．在A處觀察波的頻率變低D．在B處觀察波的頻率變低答案：AD解析：波源在某一位置產生一列波面后，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生位置，即波源．波面半徑大，表示產生時間早，傳播時間長，對照圖示，可確定出波源由右向左移動，故A正確，B錯誤；由于觀察者不動，波面經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，因而經過觀察者時間間隔短，頻率高，同理在B處觀察到的波的頻率變低，故C錯誤，D正確．3．下列選項中沒有利用多普勒效應的是(

)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，根據接收到波的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C．鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D．有經驗的戰(zhàn)士利用炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是在接近還是在遠去答案：C解析：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是利用了多普勒效應，A錯誤；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，根據接收到波的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理，這是利用了多普勒效應，B錯誤；鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況，這是利用聲波在固體中傳播，沒有利用多普勒效應，C正確；有經驗的戰(zhàn)士利用炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是在接近還是在遠去，這是利用了多普勒效應，D錯誤．04.課時素養(yǎng)評價191．(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．技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D．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答案：BD解析：當觀察者與測量對象無相對運動時，不發(fā)生多普勒效應，A、C錯誤；當觀察者與測量對象相對運動時，發(fā)生多普勒效應，根據接收頻率的變化可以進行測速，B、D正確．2．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，它可以控制汽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為毫米波雷達，該雷達會發(fā)射和接收調制過的無線電波，再通過回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．當f＝f′時，表明前車一定處于靜止狀態(tài)C．當f′＞f時，表明兩車之間距離增大D．當f′＜f時，表明兩車之間距離減小答案：A解析：當聲源和觀察者之間的距離不發(fā)生變化時，觀察者接收到的頻率和聲源發(fā)出的頻率相等，故當f＝f′時，說明二者之間的距離不變，表明前車與無人車速度相同，但不一定靜止，A正確，B錯誤；當f′＞f時，說明接收到的頻率增大，兩車間距離減小，C錯誤；當f′＜f時，說明接收到的頻率減小，則兩車間距離增大，D錯誤．3．(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比(

)A．波速變大

B．波速不變C．頻率變高

D．頻率不變答案：BC解析：在同種介質中，超聲波的傳播速度保持不變，根據多普勒效應可知，當波源與觀察者相互靠近時，觀察者接受到的頻率大于波源發(fā)出的頻率，所以B、C正確．4．如圖，安裝在公路旁的多普勒測速儀，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．當某汽車遠離測速儀時，被該汽車反射回來的反射波與測速儀發(fā)出的超聲波相比(

)A．頻率不變，波速不變B．頻率變小，波速不變C．頻率變小，波速變小D．頻率變大，波速變大答案：B解析：根據多普勒效應可知，當某汽車遠離測速儀時，被該汽車反射回來的反射波與測速儀發(fā)出的超聲波相比，頻率變小，波速不變，B正確．5.蝙蝠在洞穴中飛來飛去時，它利用的超聲脈沖導航非常有效．這種超聲脈沖是持續(xù)1ms或不到1ms的短促發(fā)射脈沖波，且每秒重復發(fā)射幾次．假定蝙蝠的超聲脈沖發(fā)射頻率為39000Hz，在一次正朝著表面平直的墻壁飛撲期間，下列判斷正確的是(

)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答案：C解析：因為蝙蝠在靠近墻壁運動，所以相當于波源在靠近接收器，故墻壁接收到的超聲脈沖頻率大于39000Hz，A錯誤；蝙蝠相對墻壁的運動與墻壁反射回來的超聲波是相向運動的關