物理人教版选修3-4学案第十二章5多普勒效应

5多普勒效应1．多普勒效应(1)多普勒效应：如果波源和观察者都相对于介质是静止的，观察者所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，则观察者所接收到的频率与波源的振动频率不一定相同，这一效应是多普勒首先发现的，所以称为多普勒效应。(2)多普勒效应的实质：多普勒效应发生时，波源的频率没有变化，只是观察者接收到的频率与原先相对静止时不同。释疑点：发生多普勒效应的条件与本质(1)发生多普勒效应的条件是声源和观察者之间有相对运动。(2)发生多普勒效应时，只是观察者接收到的频率发生变化，而波源的频率并没有变化。【例1】下面说法中不正确的是()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解析：A×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B√C√当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应D√此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的答案：A2．多普勒效应的分析(1)波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。(2)当波源与观察者相互靠近时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小。析规律：声音的频率(1)声音的音调取决于频率，频率高则音调高，频率低则音调低。(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收的频率小于波源频率，音调变低。【例2】下列关于多普勒效应的说法，正确的是()A．只有声波才能发生多普勒效应B．当观察者靠近声源时，听到声音的音调升高，说明声源的频率升高了C．当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时，不会发生多普勒效应D．火车离站时，站台上的旅客听到火车的汽笛音调降低解析：选项剖析结论A多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应×B发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接收到的频率发生了变化×C当波源和观察者以相同的速度同向运动时，两者之间无相对运动，不会发生多普勒效应√D火车离站时，站台上的旅客和火车相互远离，听到火车的汽笛音调降低√答案：CD3．多普勒效应的应用(1)测车辆速度交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道被测车辆的速度。(2)测星球速度测量某星球上某些元素发出的光波的频率。然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得该星球的速度。(3)测血流速度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，就可得血流速度。eq\o(\s\up7(),\s\do5(\a\vs4\al(工人师傅可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向，这是什么原理？)))火车驶向工人时，由于多普勒效应，他听到的汽笛声声调比较高，感觉到尖锐刺耳；火车远离时，工人听到的汽笛声声调较低，听起来较为低沉。因此工人师傅根据火车汽笛的声音可以确定火车的运动方向。【例3】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解析：A√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以测定遥远星体相对地球远离的速度B√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C×铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的D√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答案：ABD4．发生多普勒效应的几种情况的比较下表中S为声源：相对位置图示结论波源S和观察者A相对介质不动音调不变波源S不动，观察者运动，由A→B或A→CA→B音调变高A→C音调变低若观察者不动，波源运动，由S2→S1音调变高【例4】新型列车动车组速度可达300km/h，与该车汽笛声的音调相比：(1)站在运行的车前方路旁的人听起来音调________(选填“偏高”或“偏低”)，站在车后方路旁的人听起来音调________(选填“偏高”或“偏低”)(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样？此时列车汽笛发出的声波频率变化了吗？(3)坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样？解析：(1)站在列车前方的人与列车的距离在靠近，因此听起来音调偏高，站在列车后方的人与列车的距离在远离，因此音调偏低。(2)迎面来的列车上的乘客听起来音调偏高，此时列车汽笛发出的声波频率不变。(3)坐在该列车上的乘客与列车的相对位置不变，故听起来音调不变。答案：见解析5．多普勒效应中接收到的频率f的计算多普勒效应的本质在于波源和观察者间的相对运动，使观察者接收到的频率不同于波源与观察者相对静止时接收到的频率，当二者相互接近时，观察者接收到的频率增大；当二者相互远离时，观察者接收到的频率减小。可以从以下几种情况进行计算：(1)波源相对介质静止，观察者以速度v0相对于介质运动：f′＝f0(eq\f(v±v0,v))“＋”表示观察者走向波源，“－”表示观察者远离波源。(2)波源以速度vS相对于介质运动，观察者相对于介质静止：f′＝f0(eq\f(v,v±vS))“＋”表示波源离开观察者，“－”表示波源向观察者运动。(3)波源与观察者同时相对于介质运动。相向运动：f′＝f0(eq\f(v＋v0,v－vS))；反向运动：f′＝f0(eq\f(v－v0,v＋vS))。【例5】有一种用钢丝操纵做圆周飞行的飞机模型，装有两冲程的活塞式发动机作为动力，操纵者站在圆心，在他听来发动机工作时发出的声音是平稳不变的；场边的观察者听到声音忽高忽低地做周期性变化。(1)这是由于________；这种现象叫__________。(2)模型飞机的飞行速度是90km/h，单缸发动机的转速是9000r/min，则观察者听到的声音的最高频率是________Hz，最低频率是________Hz，操纵者听到的声音的频率是________Hz。(设这时空气中的声速为340m/s)解析：(1)由于声源与观察者有相对运动；这种现象叫多普勒效应。(2)发动机发声的频率f0＝eq\f(9000,60)Hz＝150Hz这也是操纵者听到的声音的频率。模型飞机飞行速度eq\f(90×103,3600)m/s＝25m/s。当飞机向观察者飞行时，声波等效波长为λ1＝eq\f(340－25,150)m＝2.1m，此时观察者听到的频率即为最高频率fmax＝eq\f(v,λ1)＝eq\f(340,2.1)