高中物理 第2章 机械波 第4节 多普勒效应及其应用知识导航素材 鲁科版选修3-4.doc

第4节 多普勒效应及其应用思维激活1.如图2-4-1所示,交通警察用测速仪可以测出车辆行驶的速度,这是利用了什么原理?多普勒测速仪图2-4-1提示:由于波源和测量者的相对运动,产生了多普勒效应. 2.医院里用的“彩超”是怎样检查出人身体中的病变的?(如图2-4-2所示)图2-4-2提示:医生向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收.测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度.就可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变.自主整理一、多普勒效应 由于波源与观察者互相_或者互相_时,接收到的波的_就会发生变化,这种现象叫做_.它是_科学家多普勒发现的.二、多普勒效应的应用 多普勒效应在实际中的应用,例如警察使用_测定汽车的行驶速度;医学上用_来诊断人体心脏、人体血管的疾病;在军事、航天、气象预报等领域可用电磁波的_跟踪目的物.高手笔记 波源的频率和观察者接收到的频率的关系 波源的频率:(1)波源单位时间内完成全振动的次数. (2)波源的频率还等于单位时间内波源发出的完全波的个数. 观察者接收到的波的频率:观察者在单位时间内接收到完全波的个数. 二者间的关系:(1)波源和观察者无相对运动时,观察者接收到的频率等于波源的频率;(2)当波源与观察者靠近时,观察者接收到的波的频率大于波源的频率;(3)当波源与观察者远离时,观察者接收到的波的频率小于波源的频率.名师解惑 多普勒效应产生的原因是什么? 剖析：若波源和观察者均相对于介质不动,设波速为v0,波长为0,则观察者在单位时间内接收到完全波的个数为f0=,即观察者接收到的波的频率和波源的频率相同. 若波源相对于介质静止,而观察者以一定的速度相对于介质运动,这时波的波长和波速不变,仍分别为0和v0，波源的频率为f0=.当观察者以速度v1向波源靠近时，他单位时间内接收到的完全波的个数为f1=f0,即观察者接收到的波的频率大于波源的频率. 若观察者以速度v1(v1v0)远离波源运动,他单位时间内接收到的完全波的个数为f1=f0f0,即观察者接收到的波的频率小于波源的频率.若观察者相对于介质静止,而波源相对于介质以速度v2(v2v0)运动,波的传播速度由介质决定,仍为v0,波源的频率仍为f0=(0为波源静止时的波长),则在波源的前方,波面变得密集,波长变短,波源正前方的波长为2=0f0,即观察者接收到的波的频率大于波源的频率.在波源的后方,波面变得稀疏,波长变长,在波源正后方的波长为2=00,静止在波源正后方的观察者单位时间内接收到完全波的个数为f2=f0f0,即观察者接收到的波的频率小于波源的频率.讲练互动【例题1】站在火车站台上的旅客听到路过火车鸣笛声的音调(注:音调由频率决定,频率大时音调高,频率小时音调低)变化情况,以下说法正确的是（ ）a.当火车进站时,鸣笛声的音调变低 b.当火车进站时,鸣笛声的音调变高c.当火车离站时,鸣笛声的音调变低 d.当火车离站时,鸣笛声的音调变高解析：根据多普勒效应,火车进站时,波源向观察者靠近,旅客听到的鸣笛声的音调变高;当火车离站时,旅客听到的鸣笛声的音调变低,故b、c正确.答案：bc绿色通道 知道多普勒现象或结合生活实际就能作出正确选择.变式训练1.下面的说法中正确的是（ ）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发现的解析:多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒发现的,它是因波源与观察者之间有相对运动,使观察者接收的频率发生变化而发生的一种现象,故b、c、d正确.答案:bcd2.关于多普勒效应,下列说法中正确的是（ ）a.只有声波才有多普勒效应 b.光波也有多普勒效应c.只有机械波才有多普勒效应 d.电磁波不能发生多普勒效应解析:一些学生认为只有声波才产生多普勒效应,因此错选a、d.实际上,对于任何一种波,都会发生多普勒效应.答案:b【例题2】如图2-4-3所示,s为振源,p点有一观察者,已知振源发声的频率为20 hz,则关于人听到的声音的频率为（ ）图2-4-3a.当波源s以17 m/s的速度远离观察者运动时,频率为19 hzb.当波源s以17 m/s的速度靠近观察者运动时,频率为21 hzc.当观察者以17 m/s的速度靠近波源s运动时,频率为21 hzd.以上说法均不正确解析：当波源以17 m/s的速度远离观察者运动时,观察者接收的频率f=,f=hz=19 hz,故a正确.当波源s以17 m/s的速度靠近观察者运动时,观察者接收的频率f=,f= hz=21 hz,故b正确.当观察者以17 m/s的速度靠近波源s运动时,观察者接收的频率f=,f=hz=21 hz,故c正确.答案：abc绿色通道 多普勒效应中观察者与波源间的相对运动有两种:一种是波源不动,观察者以速度v1(v1v0)靠近或远离波源,设波速为v0,波源频率为f0,则观察者接收到的频率为f1=f0;一种是观察者不动,波源以速度v2(v2v0)靠近或远离观察者,则观察者接收到的频率为f2=f0.变式训练3.一固定的超声波源发出频率为100 khz的超声波,一辆汽车从远处向超声波源迎面驶来,在超声波源处的接收器接收到从汽车反射回来的超声波,并测出接收到的超声波频率为110 khz,设空气中声音的传播速度是340 m/s,计算汽车的行驶速度.解析:设声源发射的超声波频率为f0,汽车接收到的频率为f1,并把它反射回去,固定接收站接收到的频率为f2,超声波在空气里的传播速度为v,汽车的行驶速度为u,超声波在空气中的波长为0,则f0=+,汽车每秒钟接收到的超声波的波数,即频率f1=+=f0,汽车反射回的超声波在空气中的波长=，固定接收器接收到的频率f2=f0，由此可以解得u=v=16.2 m/s=58.3 km/h.答案:见解析4.以速度u=20 m/s奔驰的火车,鸣笛声频率为275 hz,已知常温下空气中的声速v=340 m/s.(1)当火车驶来时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少?(2)当火车驶去时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少?解析:(1)观察者相对介质静止时,当火车以速度u向观察者运动,以介质为参考系,波长将缩短为=vt-ut=(v-u)t,则观察者观察到的频率为f=f=275 hz=292 hz.(2)同上述分析,当火车驶去时观察者观察到的频率为f=f=275 hz=260 hz.答案：（1）292 hz （2）260 hz体验探究【问题】多普勒效应可解释宇宙仍在扩大吗？ 导思:光现象里也同样存在多普勒效应. 探究:在光现象里也同样存在多普勒效应,当光源向你快速运动时,光的频率也会增加,表现为光的颜色向蓝光方向偏移(因为在可见光里,蓝光的频率高),即光谱出现蓝移;而当光源快速离你而去时,光的频率会减小,表现为光的颜色会向红光方向偏移(因为在可见光里,红光的频率低),即光谱出现红移.例如:如图2-4-4所示,假设有个光源每隔时间t发出一个波列,即光源的周期为t,当它静止时相邻两个波列的时间间隔为t,距离间隔为=ct.当光源以速度v离开观察者时,在t时间里光源移动的距离为vt,于是下一个波列到达观察者所需的时间就增加了,所以相邻两个波列到达观察者所需的时间就为:图2-4-4t=t+ 即这时相对观察者来说,光波的周期长了,频率低了,则光的颜色会向红光偏移,这就是红移现象. 根据这一现象,由观察宇宙中各星球的光谱都有红移现象,