高中物理（人教版）选修3-4（学案课件）：机械波 第五节多普勒效应

1、了解多普勒效应及其产生的原因了解多普勒效应在生活中的应用生活中我们能否从飞机轰鸣声调的上下，判断它是远处飞来，还是掠过头顶而去？站在马路边，一辆响着喇叭的汽车从身边驶过你听到的喇叭音调是否变化？当波源和观察者相对静止时，观察到的波的频率波源振动的频率；当波源与观察者相向运动时，观察到的频率波源振动频率；当波源与观察者相互远离时，观察到的频率 波源振动频率；这种现象叫做等于大于小于多普勒效应(1)波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数(2)观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数.(1)定义如果波源和观察者都相对于介质是静止的，那么波的频率就是波源的振动频率，观察者所

2、接收到的频率就是波源的振动频率但是如果波源或观察者相对于介质运动时，那么观察者所接收到的频率与波源的振动频率不同这一效应是多普勒在1842年首先发现的，所以称为多普勒效应(2)理解多普勒效应是波动过程共有的特征不仅是机械波，以后要讲到的电磁波和光波，也会发生多普勒效应下面我们针对机械波进行讨论，为简单起见，我们只讨论波源和观察者在二者的连接线上运动的情形波源与观察者相对于介质均为静止的情况观察者所接收到的频率与波源的振动频率相同波源静止而观察者运动的情况假设观察者朝波源运动，由于观察者迎着波传来的方向运动，使得观察者在单位时间内接收到的完全波的个数大于波源发出的完全波的个数，即观察者接收的频率

3、高于波源频率假设观察者背离波源即顺着波的传播方向运动，观察者的接收频率低于波源频率观察者静止而波源运动的情况当波源S向观察者O运动时，波源在前进过程中，不断地发射出波，而已经发射出的波仍向前运动，即波的波源地点(球面的中心)向前移了，所以波源前面的波面被挤紧，因此波长减小了；波源后面的波面稀疏了，因此，波长增大了，如下图波在介质中的传播速度并没有改变，观察者在波源右方时，即波源接近观察者时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大；同样道理，观察者在波源左方时，即波源远离观察者时，接收到的频率减小(3)总结当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增

4、大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小在观察者运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于观测到的完全波的个数增加或减少；在波源运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于波距缩短或伸长特别提醒：多普勒效应是所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波强度发生变化的现象，要正确理解频率和强度这两个描写波的不同的物理量多普勒效应的产生不是取决于波源距观察者多远，而是取决于波源相对于接收者运动速度的大小和方向关于多普勒效应，以下说法正确的选项是()A多普勒效应是由于波的干预引起的B多普勒效应说明波源的频率发生变化C多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的D只有声波才可以

5、产生多普勒效应答案：C(1)测量车速，测量天体运动情况，检查肌体病变(2)超声涉及其应用定义：频率高于2104 Hz的声波特点：大功率的超声波几乎沿直线传播应用：超声波洗涤，超声波碎石，超声波探测仪，医用B超等医生诊病时用一种俗称“B超的仪器探测人体内脏的位置，发现可能的病变(如图)这种仪器能通过它的探头不断向人体发出短促的超声波(频率很高，人耳听不到的声波)脉冲，超声波遇到人体不同组织的分界时会反射回来，又被探头接收这些信号经电子电路处理后可以合成体内脏器的像，医生分析这些影像，做出医学诊断说一说，这样的仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波？解析：超声波频率很高，波长很短，不容易发生衍射，

6、所以超声波遇到人体不同组织的分界面时大局部会反射回来；而普通的声波，波长较长，容易发生衍射，遇到人体组织的分界面时衍射现象很明显，反射回来的波极少，不利于信号处理，所以这样的仪器使用超声波而不用普通的声波以下说法中正确的选项是()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和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解析：当波源与观察者有相对运动时，会发生多普勒效应，选项C正确发生多普勒效应时是接收到的频率发生了变化，而波源的频率没有变化故A错，B对，而D项也是正确的答案：BCD点评：此题考查的是多普勒效

7、应产生的原因和结果以及发现这个现象的物理学家如下图，S为振源，P点有一观察者，振源发生振动的频率为20Hz，那么关于人听到的声音的频率为()SPA当振源S以17m/s的速度远离观察者运动时，频率为19HzB当振源S以17m/s的速度靠近观察者运动时，频率为21HzC当观察者以17m/s的速度靠近振源S运动时，频率为21HzD以上说法均不正确答案：ABC解这类题要注意分析观察者与波源间相对运动的情况，针对不同情况列出不同的关系式进行解题.沿直线行驶的汽车通过某观察站时，观察到汽车发出的频率由1200Hz下降为1000Hz，空气中声速为340m/s，求车速解析：此题考查了观察者不动而声源运动时发生

8、的多普勒效应，由题意可知，观察的频率由高到低，说明波源朝观察者运动，此后又背离观察者运动，这是此题的创新之处当汽车驶近观测站时，波长被压缩为1v车T，观测到的频率答案：点评：当观察者不动，声源运动时，声源两侧波长不相等，背离方波长变大，接收频率变小，前进方波长变小，接收的频率变大，但无论哪一方波在介质中的传播速度都不变，它只由介质决定，与波源是否运动无关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频率的电磁波，如果该电磁波被轿车反射回来时，警车接收到的电磁波频率比发出时低(1)此现象属于()A波的衍射B波的干预C多普勒效应 D波的反射(2

9、)假设该路段限速为100km/h，那么轿车是否超速？(3)假设轿车以20m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？答案：(1)C(2)超速(3)偏高解析：(1)巡警车接收到的电波频率比发出时低，此现象为多普勒效应(2)因警车接收到的频率低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比警车车速大，故该车超速(3)假设该车以20m/s的速度行进时，此时警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应偏高.蝙蝠如果每秒钟发射50次超声波，每次发出100个频率为105Hz的波，那么在空气中形成一系列断续的波列空气中声速为340m/s，求：(1)每个波列的长度及两波列间隔的长度；(2)如果这声波进入水中传播，声波在水中的传播速度为1450m/s，那么波列的长度及两波列间隔的长度又是多少？(3)蝙蝠在飞向昆虫过程中，接收到由昆虫反射的声波频率如何变化？答案：(1)0.34 m6.46 m(2)1.45 m27.55 m(3)变高点评：此题是考查波的公式、超声波、多普勒效应的综合题超声波由于它具有不同于声波的特性，在现代生产技术和科学研究中有许多重要应用，以下选项中，哪些属于超