第二章 第5讲

第十二章 机 械 波 目标定位 1.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象. 2.知道什么是波面和波线. 3.了解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象. 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 1 预习导学 梳理识记点拨 2 课堂讲义 理解深化探究 3对点练习 巩固应用反馈 预习导学 梳理识记点拨 4 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 一、多普勒效应 1.定义 波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的 都会发生变化，这种现象叫做多普勒效应. 波的 频率 5 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 2.成因 (1)波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密 部)的数目是 的，观察到的频率 波源振动的频率. (2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或 密部)的数目 ，观察到的频率 ；反之，当波源与观 察者互相远离时，观察到的频率 . 一定等于 增加增大 变小 6 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 3.应用 (1)测车辆速度；(2)测星球速度；(3)测血流速度. 想一想 当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来 越小，这种现象就是多普勒效应吗？ 答案 不是.多普勒效应指的是接收到的频率的变化情况 ，即音调的变化情况；而声音大小指的是响度. 7 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 二、惠更斯原理 1.波面和波线 (1)波面：在波的传播过程中，任一时刻 都相同的介质质 点所组成的面. 波面为球面的波叫球面波，波面是平面的波叫平面波.如图1所示. 振动状态 图1 8 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 (2)波线：与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫 做波线. 2.惠更斯原理 (1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子 波的 ，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的 就是新的波面. 波源包 络面 9 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 (2)应用：如果知道某时刻一列波的某个 的位置，还知道 波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个 的位置， 从而确定波的传播方向. 波面 波面 课堂讲义 理解深化探究 10 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 一、对多普勒效应的理解 1.多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波 也都会发生多普勒效应. 2.发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察 者接收到的频率. 11 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 3.当波源与观察者相互接近时，f观察者变大，音调变高.如图2 甲中波源S不动，观察者由A向B运动和图乙中观察者A不动 ，波源由S1向S2运动. 当波源与观察者相互远离时，f观察者变小，音调变低，如图甲 中波源S不动，观察者由A向C运动. 12 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 图2 13 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 例1 下面说法中正确的是( ) A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B.发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化 C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的 D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 14 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应 ，故选项C正确； 发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波 源的频率并没有改变，故选项A错误，B正确； 此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，故选项D正确. 答案 BCD 15 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 借题发挥 判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是 看波源与观察者间的相对运动情况. 16 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 例2 下面哪些应用是利用了多普勒效应( ) A.利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体 相对于地球的运动速度 B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运 动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车 的速度，以便于进行交通管理 C.铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去 17 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效 应便可测定遥远星体相对地球远离的速度，故A选项正确； 被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其 频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体 的速度，故B选项正确； 18 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 铁路工人是根据振动的强弱而对火车的运动情况做出判 断的，故C选项错误； 炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与 炮弹的相对运动方向有关，故D选项正确. 答案 ABD 19 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 二、对惠更斯原理的理解 1.惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源. 波源的频率与子波波源的频率相等. 2.波线的指向表示波的传播方向. 3.在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直. 20 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 4.球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂 直于波面的平行直线. 5.利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的 衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障 碍物的大小关系. 21 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 例3 关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( ) A.同一波面上的各质点振动情况完全相同 B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同 C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D.无论怎样的波，波线始终和波面垂直 22 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相 同的点构成的面，故A正确，B错； 由波面和波线的概念，不难判定C、D正确. 答案 ACD 23 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 三、对波的反射与折射的理解 1.波的反射：反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同. 2.波的折射：在波的折射中，波的频率不变，波速和波长发 生改变. 3.波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同的介质 中的传播速度不同. 24 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 例4 下列说法正确的是( ) A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短 B.波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变 C.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化 D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 25 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 波发生反射时，波在同一种介质中传播，频率、波 长和波速均不变，选项A错误，B正确； 波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，波速发 生变化，波的频率由波源决定，所以波的频率不变，由公 式vf可知，波长发生变化，选项C正确，D错误. 答案 BC 对点练习 巩固应用反馈 26 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 对多普勒效应的理解及应用 1.根据多普勒效应，下列说法正确的是( ) A.当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定 发生变化 B.当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比 波源发出的频率低 27 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 C.当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定 比波源发出的频率高 D.当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定 比波源发出的频率低 28 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 当波源与观察者的相对距离减小时，观察者单位时 间内接收到的完整波的个数增多，即观察者接收到的频率 比波源发出的频率高；当二者的相对距离增大时，观察者 单位时间内接收到的完整波的个数减少，即观察者接收到 的频率比波源发出的频率低.当波源与观察者有相对运动， 但距离不变时(如圆周运动)，则不会出现多普勒效应，选 项A错误； 29 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 当波源与观察者同向运动时，二者的距离可能增大，也可 能减小，也可能不变，选项B错误； 当波源与观察者相向运动时，二者的相对距离减小，故选 项C正确； 当波源与观察者反向运动时，二者的相对距离增大，选项D 正确. 答案 CD 30 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 2.公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查 ，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知 频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时， 巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车 的车速( ) A.高于100 km/h B.低于100 km/h C.等于100 km/h D.无法确定 31 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 巡警车接收到的频率低了，即观察者接收到的频率低 了，说明轿车和巡警车在相互远离，而巡警车速度恒定，因 此可以判定轿车的速度比巡警车速度大，故A正确. 答案 A 32 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 对惠更斯原理的理解 3.下列关于惠更斯原理的说法正确的是( ) A.惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象 B.惠更斯原理能够解释波的衍射现象 C.介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源 D.惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小的关系 33 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 解析 惠更斯原理解释了波的传播相关的问题，所以能够 解释波的反射现象和折射现象，故A正确； 同样对波的衍射现象，惠更斯原理也可以解释，但不能解 释衍射现象与孔或障碍物大小的关系，故B正确，D错误； 由惠更斯原理可知，C正确. 答案 ABC 34 第5讲 多普勒效应 惠更斯原理 波的反射与折射 4.如图3所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波