高中物理 专题第5节　多普勒效应

第5节多普勒效应学习目标要求核心素养和关键能力1.知道多普勒效应。2.能定性分析多普勒效应产生的原因。3.能用多普勒效应解释一些物理现象。1.核心素养理解多普勒效应的成因。2.关键能力用控制变量法探究多普勒效应。知识点一多普勒效应仔细听急救车的鸣笛声，你会发现一个现象：当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事？提示人感受到的音调取决于人在单位时间内接收到完整声波的个数，即声波的频率。当急救车从身边疾驰而过时，相同时间内人听到的急救车发出的完整声波个数减少，即听到的鸣笛声频率降低、音调变低。❶多普勒效应波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。❷多普勒效应产生的原因(1)当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，观测到的频率等于波源振动的频率。(2)当波源与观察者相互接近时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观测到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观测到的频率变小。1．波源频率：波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波。频率表示单位时间内完成的全振动的次数。因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数。2．接收频率(1)波源和观察者相对静止时，观察者接收到的频率等于波源的频率。(2)波源和观察者有相对运动时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即感觉到波的频率发生变化。波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小。3．成因归纳根据以上分析可知，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动，且两者间距发生了变化。【例1】关于多普勒效应，下列说法中正确的是()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．当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应D．只有声波才能发生多普勒效应答案B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，而观察者与波源速度相同时，两者不发生相对运动，不会产生多普勒效应，选项C错误；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；多普勒效应，不仅适用于声波，也适用于其他类型的波，包括电磁波和光波，选项D错误。【训练1】频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u<v)，f表示接收器接收到的频率。若u增大，则()A．f增大，v增大 B．f增大，v不变C．f不变，v增大 D．f减小，v不变答案B解析由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率f增大，故B项正确。知识点二多普勒效应的应用❶利用多普勒测速仪测速交通警察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，就能知道车辆的速度。❷利用超声波测血流速度医生向人体内发射频率已知的超声波，测出被血管中的血流反射后的波的频率变化，就可知道血流的速度。❸利用光波的频率变化，计算星球靠近或远离我们的速度。【例2】(多选)下列选项与多普勒效应有关的是()A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度答案BCD解析科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光的反射原理，故A错误；医生利用超声波探测病人血管中血液的流速是利用超声波的多普勒效应，故B正确；交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应，故C正确；科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度，是利用光的多普勒效应，故D正确。【训练2】(多选)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有()A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同答案BC解析雷雨天闪电和雷声同时产生，但由于光在空气中的传播速度远大于声音在空气中的传播速度，所以先看到闪电，后听到雷声，这个现象与多普勒效应无关，A错误；超声波被血管中的血液反射，血液的流动造成了探测器接收到的超声波的频率发生了变化，这是多普勒效应，B正确；观察者听到远去的列车发出的汽笛声音调变低，是因为列车远去使人听到的声音的频率小于列车发出声音的频率，是多普勒效应，C正确；同一声源发出的声波在空气中和水中传播的速度不同是因为介质不同，与多普勒效应无关，D错误。1．(多普勒效应的理解)(多选)关于多普勒效应，以下说法正确的有()A．只有机械波才能产生多普勒效应B．机械波和电磁波均能产生多普勒效应C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化答案BD解析多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A错误，B正确；产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，故C错误，D正确。2．(多普勒效应的应用)(2021·云南昆明联考)某地在进行飞行航模表演，下列说法正确的是()A．当观众听到的声音频率变高时，可以判断飞机正在飞来B．当观众听到的声音频率变高时，可以判断飞机正在飞离C．当飞机向观众飞来时，飞机发动机发出的声音频率变高D．当飞机飞离观众时，飞机发动机发出的声音频率变低答案A解析无论飞机是向观众飞来还是飞离观众，飞机发动机发出的声音频率不变，故C、D错误；飞机向观众飞来时，观众听到的声音频率变高，飞机飞离观众时，观众听到的声音频率变低，故A正确，B错误。3．(多普勒效应的应用)(多选)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．铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况D．有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去答案ABD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以测定遥远天体相对地球运动的速度，A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，接收到的频率发生变化，由多普勒效应的知识可以求出运动物体的速度，B正确；铁路工人是根据振动的强弱变化而对列车的运动作出判断的，C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运动方向有关，D正确。题组一多普勒效应的理解1．当波源远离观测者时，观测者所接收到的频率f′和波源振动的频率f的关系为()A．f′＝f B．f′＜fC．f′＞f D．无法确定答案B解析波源远离观测者的过程中，观测者接收到的波的频率比波源振动的频率小，即f′＜f，B正确。2．(多选)如图所示，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是()A．振针在向右移动B．振针在向左移动C．在A处的观察者，接收到的水波频率变小D．在A处的观察者，接收到的水波频率变大答案AC解析振针前进方向上的水波变得密集，在其移动反方向的水波变得稀疏，因此振针在向右移动；波源远离观察者时，观察者接收到的频率变小，故A、C正确。题组二多普勒效应的应用3．(多选)下列哪些现象属于多普勒效应()A．远去的汽车声音越来越小B．炮弹迎面飞来，声音刺耳C．火车向你驶来时，音调变高，远离你而去时，音调变低D．大风中，远处的人说话的声音时强时弱答案BC解析声波音调的高低由其频率决定，据多普勒效应，当声源与观察者发生相对运动时，观察者听到的音调会变化，B、C正确；声音的强弱由声波的能量决定，声源越近，声波能量越大，听起来越响亮，但音调不一定变化，A、D项不属于多普勒效应。4．平直公路上，汽车正在匀速远离，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，能正确反映被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化情况的图像是()答案D解析汽车正在匀速远离，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的。由于是远离，故接收到的反射波的频率应该小于发出的波的频率，故D正确。5．a为声源，发出声波。b为接收者，接收a发出的声波。若a、b在沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声速)，以下说法中正确的是()A．若a、b相互靠近，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低B．若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低C．若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高D．若a静止，b向a运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高答案D解析判断b接收到的声波的频率与声源频率的高低关系，关键是看声源a与接收者b之间的距离如何变化，若远离，则b接收到的声波的频率比a发出的低，若靠近，则b接收到的声波的频率比a发出的高，故A错误，D正确；当a、b向同一方向运动时，两者之间的距离可变大、可变小、可不变，故b接收到的声波的频率与a发出的声波的频率的关系不确定，故B、C错误。6．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效。这种超声脉冲的频率高于20000Hz，能持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射数次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz，在一次朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，下列说法正确的是()A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39000HzB．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率C．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz答案C解析由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的超声脉冲频率大于39000Hz，蝙蝠接收到的墙反射的超声脉冲频率大于墙接收的超声脉冲频率，故C正确。7．汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。其使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则()A．当f＝f′时，表明前车与无人车速度相同B．