1、多普勒效應(yīng)皰丁巧解牛知識巧學(xué)一、多普勒效應(yīng)1.多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動，使觀察者感覺到頻率的變化，這樣的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng).2.當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小.記憶要訣 簡記為：觀源靠近頻增大.二、多普勒效應(yīng)的成因1.如圖12-7-1甲所示，波源S和在A處的觀察者都不動，設(shè)波源頻率為20 Hz，則波源每秒發(fā)出20個完全波，觀察者每秒收到20個完全波.甲 乙圖12-7-1深化升華 在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動，觀察者感到頻率發(fā)生了變化. 要注意區(qū)分頻率和強(qiáng)度這

2、兩個描寫波的不同物理量，多普勒效應(yīng)是指所接收的波的頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象，并不是接收到的波的強(qiáng)度發(fā)生變化的現(xiàn)象.2.如圖12-7-1乙所示，波源S不動，觀察者運(yùn)動，觀察者在1s內(nèi)由位置A移到位置B，波源每秒發(fā)出20個完全波，但觀察者接收到21個完全波.3.當(dāng)警車從人身邊高速駛過時，波源的音調(diào)改變了.如果人站在警車前面，聲波將發(fā)生聚集，波長變短，音調(diào)就提高了；如果人站在警車后面，聲波會發(fā)散開來，波長變長，音調(diào)就降低了.深化升華 在觀察者運(yùn)動的情況下，引起觀察者接收到頻率的改變，是由于觀測到的波的個數(shù)增加或減少；在波源運(yùn)動的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于波距縮短或伸長.要點提示 多普勒

3、效應(yīng)的產(chǎn)生不是取決于波源距觀察者多遠(yuǎn)，而是取決于波源相對于接收者運(yùn)動速度的大小和方向.4.發(fā)生多普勒效應(yīng)的幾種情況相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對介質(zhì)不動，如圖12-7-2所示圖12-7-2f波源=f觀察者，音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運(yùn)動，由AB或AC，如圖12-7-3所示圖12-7-3若靠近波源，由AB則f波源 f觀察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由AC則f波源 f觀察者，音調(diào)變低若觀察者A不動，波源S運(yùn)動，由S1S2，如圖12-7-4所示圖12-7-4f波源 f觀察者，音調(diào)變高三、多普勒效應(yīng)產(chǎn)生原因的定量分析 設(shè)v表示波源對介質(zhì)的速度，u表示觀察者對介質(zhì)的速度，V表示波的傳播速度；f和f

4、分別表示波源頻率和觀察者接收到的頻率.1.波源和觀察者相對介質(zhì)都不動：單位時間內(nèi)波源振動f次，波傳播距離是V，即發(fā)出的波分布在長度V上，共有f個波長，觀察者接收到的頻率是單位時間內(nèi)通過觀察者的完全波數(shù)，故f=f，即接收到的頻率等于波源的頻率.2.波源相對介質(zhì)不動，而觀察者向波源運(yùn)動：則波對觀察者的速度為（v+V）,據(jù)公式=知f=(1+)f，即接收到的頻率增加為波源頻率的(1+)倍.同理可知，觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動，觀察者接收到的頻率為(1-)f.3.觀察者靜止，波源以速度u向觀察者運(yùn)動：波速V與波源的運(yùn)動無關(guān)，但波長被壓縮為=-uT.故觀察者接收到的頻率f=f.即接收到的頻率增大，反之，即波源遠(yuǎn)離

5、觀察者時，接收到的頻率減小.四、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1.修理鐵路的工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運(yùn)行方向和快慢.2.交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可知汽車的速度.3.根據(jù)光的多普勒效應(yīng)，由地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率，可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對地球的運(yùn)動速度.4.應(yīng)用多普勒效應(yīng)還可以跟蹤人造地球衛(wèi)星.聯(lián)想發(fā)散 多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，電磁波和光也會發(fā)生多普勒效應(yīng).醫(yī)學(xué)上用“彩超”探測血液的速度進(jìn)行疾病診斷，宇宙探索中的紅移現(xiàn)象就是證明宇宙在膨脹的有力證據(jù)，這些都是多普勒效應(yīng)的應(yīng)用.典題熱題知識點一 多普勒效應(yīng)例1以下

6、關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法中正確的是( )A.有多普勒效應(yīng)時，波源的振動頻率發(fā)生變化B.有多普勒效應(yīng)時，波源的振動頻率并沒有發(fā)生變化C.多普勒效應(yīng)實際上是指波速相對介質(zhì)發(fā)生變化D.人與波源有相對運(yùn)動時，觀察到的頻率一定發(fā)生變化解析：當(dāng)觀察者與聲源有相對運(yùn)動(接近或遠(yuǎn)離)，觀察者測得聲波頻率有變化，但波源的頻率不變.當(dāng)觀察者盡管有相對運(yùn)動，但距離不變時，此時不會出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，B選項正確.答案：B方法歸納 若觀察者與聲源在一直線上發(fā)生相對運(yùn)動，則必發(fā)生多普勒效應(yīng).若觀察者與聲源的相對運(yùn)動不共線(如圓周運(yùn)動)則就不一定發(fā)生多普勒效應(yīng).例2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(yuǎn)天體發(fā)

7、出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運(yùn)動速度B.交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動的汽車反射回來時，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就可知汽車的速度，以便于交通管理C.鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動情況D.有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去解析：凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運(yùn)動速度，A選項正確.被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運(yùn)動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)可求出運(yùn)動物體的速度，B選項正確.鐵路工人根據(jù)振動的強(qiáng)弱而對列車的運(yùn)動作出判斷，C選項錯誤.炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人

8、耳接收到的頻率與炮彈的相對運(yùn)動方向有關(guān)，D選項正確.答案：ABD誤區(qū)警示 鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動情況，這是根據(jù)火車與鐵軌發(fā)生的機(jī)械振動的強(qiáng)弱而對列車的運(yùn)動作出判斷，因為這時觀察者并不是根據(jù)聲音的頻率變化來判斷的，所以不是利用多普勒效應(yīng).例3如圖12-7-5所示，在公路的十字路口東側(cè)路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側(cè)，乙站在路邊，一輛汽車以速度v2通過路口向東行駛并鳴笛，已知汽車笛聲的頻率為f0，車速v2v1.甲聽到的笛聲的頻率為f1，乙聽到的笛聲的頻率為f2，司機(jī)自己聽到的笛聲的頻率為f3，則此三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為_.圖12-7-5解析：由于v2v1，所以汽車和

9、甲的相對距離減小，甲聽到的頻率變大，即f1f0，由于乙靜止不動，則汽車和乙的相對距離增大，乙聽到的頻率變低，即f2f0.由于司機(jī)和汽車相對靜止，所以司機(jī)聽到的頻率不變，即f3=f0.綜上所述，三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為f1、f3、f2.答案：f1、f3、f2方法歸納 多普勒效應(yīng)是指由于觀察者和波源之間有相對運(yùn)動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象.當(dāng)二者相對距離減小時，觀察者接收到的頻率比波源頻率高，當(dāng)二者相對距離增大時，觀察者接收到的頻率比波源頻率低.知識點二 多普勒效應(yīng)的應(yīng)用例4公路巡警開車在高速公路上以100 km/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

10、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100 km/h B.低于100 km/hC.等于100 km/h D.無法確定解析：由多普勒效應(yīng)知，巡警車接收到的頻率低了，即觀察者接收到的頻率低了，說明轎車和巡警車在相互遠(yuǎn)離，而巡警車速度恒定，因此可以判定轎車的速度比巡警車速度大，故A選項正確.答案：A方法歸納 當(dāng)波源與觀察者遠(yuǎn)離時，頻率變低；當(dāng)波源與觀察者靠近時，頻率變高.例5如圖12-7-6所示，實線表示波峰，S為波源，設(shè)波源頻率為20Hz，且不運(yùn)動，而觀察者在1 s內(nèi)由B運(yùn)動到A，觀察者接收到多少個完全波？設(shè)波速為340 m/s

11、，若要讓觀察者完全接收不到波，那么，他的運(yùn)動速度應(yīng)該是多少？圖12-7-6解析：(1)觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)，即接收到的頻率.如果觀察者不運(yùn)動，在1 s內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個數(shù)應(yīng)當(dāng)是20個，然而當(dāng)觀察者從B運(yùn)動到A的過程中，所能接收到的完全波的個數(shù)正好比不運(yùn)動時少1個，即他只能接收到19個完全波.(2)要想讓觀察者完全接收不到波，他必須遠(yuǎn)離波并隨同所在的波峰一起運(yùn)動，即觀察者的運(yùn)動速度應(yīng)該是340 m/s.答案：19 340 m/s巧妙變式 如果觀察者在1 s內(nèi)由A運(yùn)動到B，觀察者接收到多少個完全波？答案：21知識點三 多普勒效應(yīng)的定量研究例6一警車上的警報器發(fā)射頻率f=

12、1 000 Hz的聲波，警車遠(yuǎn)離靜止的觀察者向一懸崖行駛，車速v=10 m/s，已知聲音在空氣中的傳播速度為v聲=330 m/s，試問：（1）觀察者直接從警報器聽到的聲音頻率是多大？（2）觀察者聽到從懸崖反射的聲音頻率是多大？解析：首先應(yīng)分清楚三個速度，即波的傳播速度、波源的速度、觀察者的速度，當(dāng)波源背離觀察者運(yùn)動時，相當(dāng)于波長變長；觀察者聽到從懸崖反射回的聲音，相當(dāng)于有一聲源以速度v靠近觀察者，此時波長變短.答案：（1）當(dāng)警車遠(yuǎn)離觀察者時，其波長增大vT，則單位時間通過觀察者的完全波的個數(shù)，即觀察者聽到的聲音頻率為f=f=1 000 Hz=970.6 Hz.（2）觀察者聽到從懸崖反射的聲音，

13、等效于有一波源以速度v靠近靜止的觀察者所發(fā)聲音，此時波長減小vT，所以觀察者聽到從懸崖反射的聲音頻率為f=f=1 000 Hz=1 031 Hz.誤區(qū)警示 此題的易錯點是：認(rèn)為從懸崖反射回來的聲波和正常情況一樣不發(fā)生多普勒效應(yīng)，或者認(rèn)為人聽到的聲波頻率和警車遠(yuǎn)離時人聽到的聲波頻率相同.問題探究方案設(shè)計探究問題1 在多普勒效應(yīng)中什么情況下觀察者接收到的頻率變大，什么情況下變小呢？探究過程： 多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征.只討論波源和觀察者在同一連線上的運(yùn)動情形.1.波源與觀察者對于介質(zhì)均靜止時： 觀察者所接收到的波的頻率與波源的頻率相同.2.波源靜止而觀察者運(yùn)動時： 若觀察者朝波源運(yùn)動，由于觀

14、察者迎著波傳來的方向運(yùn)動，使得觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)大于波源產(chǎn)生的完全波的個數(shù)，即觀察者接收到的波頻率高于波源頻率. 若觀察者背離波源運(yùn)動即順著波的傳播方向運(yùn)動，觀察者接收到的波頻率低于波源頻率.3.觀察者靜止而波源運(yùn)動時： 當(dāng)波源S向觀察者O運(yùn)動時，波源在前進(jìn)過程中，不斷地發(fā)射出波，而已經(jīng)發(fā)射出去的波仍以速度v前進(jìn)，而后繼波的波源地點(球面的中心)向前移了，所以波源前面的波面被擠緊，因此波長減小了；波源后面的波面稀疏了，因此，波長增大了.圖12-7-7 波在介質(zhì)中的傳播速度并沒有改變，觀察者在波源前方時，即波源接近觀察者時，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到波的頻率增大，同樣道理，觀察者在波源后方時，即波源遠(yuǎn)離觀察者時，接收到的波的頻率減小. 探究結(jié)論:當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的波的頻率增