高中物理 第十二章 5 多普勒效应教材梳理教案 新人教版选修3-4

1、多普勒效应疱丁巧解牛知识巧学一、多普勒效应1.多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感觉到频率的变化，这样的现象叫做多普勒效应.2.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大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小.记忆要诀 简记为：观源靠近频增大.二、多普勒效应的成因1.如图12-7-1甲所示，波源S和在A处的观察者都不动，设波源频率为20 Hz，则波源每秒发出20个完全波，观察者每秒收到20个完全波.甲 乙图12-7-1深化升华 在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化. 要注意区分频率和强度这

2、两个描写波的不同物理量，多普勒效应是指所接收的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波的强度发生变化的现象.2.如图12-7-1乙所示，波源S不动，观察者运动，观察者在1s内由位置A移到位置B，波源每秒发出20个完全波，但观察者接收到21个完全波.3.当警车从人身边高速驶过时，波源的音调改变了.如果人站在警车前面，声波将发生聚集，波长变短，音调就提高了；如果人站在警车后面，声波会发散开来，波长变长，音调就降低了.深化升华 在观察者运动的情况下，引起观察者接收到频率的改变，是由于观测到的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.要点提示 多普勒

3、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.4.发生多普勒效应的几种情况相对位置图示结论波源S和观察者A相对介质不动，如图12-7-2所示图12-7-2f波源=f观察者，音调不变波源S不动，观察者A运动，由AB或AC，如图12-7-3所示图12-7-3若靠近波源，由AB则f波源 f观察者，音调变高；若远离波源，由AC则f波源 f观察者，音调变低若观察者A不动，波源S运动，由S1S2，如图12-7-4所示图12-7-4f波源 f观察者，音调变高三、多普勒效应产生原因的定量分析 设v表示波源对介质的速度，u表示观察者对介质的速度，V表示波的传播速度；f和f

4、分别表示波源频率和观察者接收到的频率.1.波源和观察者相对介质都不动：单位时间内波源振动f次，波传播距离是V，即发出的波分布在长度V上，共有f个波长，观察者接收到的频率是单位时间内通过观察者的完全波数，故f=f，即接收到的频率等于波源的频率.2.波源相对介质不动，而观察者向波源运动：则波对观察者的速度为（v+V）,据公式=知f=(1+)f，即接收到的频率增加为波源频率的(1+)倍.同理可知，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率为(1-)f.3.观察者静止，波源以速度u向观察者运动：波速V与波源的运动无关，但波长被压缩为=-uT.故观察者接收到的频率f=f.即接收到的频率增大，反之，即波源远离

5、观察者时，接收到的频率减小.四、多普勒效应的应用1.修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车的运行方向和快慢.2.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时，接收到的频率发生变化，由此可知汽车的速度.3.根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可以判断遥远天体相对地球的运动速度.4.应用多普勒效应还可以跟踪人造地球卫星.联想发散 多普勒效应是波动过程共有的特征，电磁波和光也会发生多普勒效应.医学上用“彩超”探测血液的速度进行疾病诊断，宇宙探索中的红移现象就是证明宇宙在膨胀的有力证据，这些都是多普勒效应的应用.典题热题知识点一 多普勒效应例1以下

6、关于多普勒效应的说法中正确的是( )A.有多普勒效应时，波源的振动频率发生变化B.有多普勒效应时，波源的振动频率并没有发生变化C.多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化D.人与波源有相对运动时，观察到的频率一定发生变化解析：当观察者与声源有相对运动(接近或远离)，观察者测得声波频率有变化，但波源的频率不变.当观察者尽管有相对运动，但距离不变时，此时不会出现多普勒效应，B选项正确.答案：B方法归纳 若观察者与声源在一直线上发生相对运动，则必发生多普勒效应.若观察者与声源的相对运动不共线(如圆周运动)则就不一定发生多普勒效应.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

7、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时，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理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：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于地球的运动速度，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，由多普勒效应可求出运动物体的速度，B选项正确.铁路工人根据振动的强弱而对列车的运动作出判断，C选项错误.炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人

8、耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，D选项正确.答案：ABD误区警示 铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况，这是根据火车与铁轨发生的机械振动的强弱而对列车的运动作出判断，因为这时观察者并不是根据声音的频率变化来判断的，所以不是利用多普勒效应.例3如图12-7-5所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2v1.甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为_.图12-7-5解析：由于v2v1，所以汽车和

9、甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1f0，由于乙静止不动，则汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变低，即f2f0.由于司机和汽车相对静止，所以司机听到的频率不变，即f3=f0.综上所述，三人听到笛声的频率由高至低依次为f1、f3、f2.答案：f1、f3、f2方法归纳 多普勒效应是指由于观察者和波源之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象.当二者相对距离减小时，观察者接收到的频率比波源频率高，当二者相对距离增大时，观察者接收到的频率比波源频率低.知识点二 多普勒效应的应用例4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

10、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/hC.等于100 km/h D.无法确定解析：由多普勒效应知，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选项正确.答案：A方法归纳 当波源与观察者远离时，频率变低；当波源与观察者靠近时，频率变高.例5如图12-7-6所示，实线表示波峰，S为波源，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1 s内由B运动到A，观察者接收到多少个完全波？设波速为340 m/s

11、，若要让观察者完全接收不到波，那么，他的运动速度应该是多少？图12-7-6解析：(1)观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，即接收到的频率.如果观察者不运动，在1 s内，观察者接收到的完全波的个数应当是20个，然而当观察者从B运动到A的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只能接收到19个完全波.(2)要想让观察者完全接收不到波，他必须远离波并随同所在的波峰一起运动，即观察者的运动速度应该是340 m/s.答案：19 340 m/s巧妙变式 如果观察者在1 s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？答案：21知识点三 多普勒效应的定量研究例6一警车上的警报器发射频率f=

12、1 000 Hz的声波，警车远离静止的观察者向一悬崖行驶，车速v=10 m/s，已知声音在空气中的传播速度为v声=330 m/s，试问：（1）观察者直接从警报器听到的声音频率是多大？（2）观察者听到从悬崖反射的声音频率是多大？解析：首先应分清楚三个速度，即波的传播速度、波源的速度、观察者的速度，当波源背离观察者运动时，相当于波长变长；观察者听到从悬崖反射回的声音，相当于有一声源以速度v靠近观察者，此时波长变短.答案：（1）当警车远离观察者时，其波长增大vT，则单位时间通过观察者的完全波的个数，即观察者听到的声音频率为f=f=1 000 Hz=970.6 Hz.（2）观察者听到从悬崖反射的声音，

13、等效于有一波源以速度v靠近静止的观察者所发声音，此时波长减小vT，所以观察者听到从悬崖反射的声音频率为f=f=1 000 Hz=1 031 Hz.误区警示 此题的易错点是：认为从悬崖反射回来的声波和正常情况一样不发生多普勒效应，或者认为人听到的声波频率和警车远离时人听到的声波频率相同.问题探究方案设计探究问题1 在多普勒效应中什么情况下观察者接收到的频率变大，什么情况下变小呢？探究过程： 多普勒效应是波动过程共有的特征.只讨论波源和观察者在同一连线上的运动情形.1.波源与观察者对于介质均静止时： 观察者所接收到的波的频率与波源的频率相同.2.波源静止而观察者运动时： 若观察者朝波源运动，由于观

14、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产生的完全波的个数，即观察者接收到的波频率高于波源频率. 若观察者背离波源运动即顺着波的传播方向运动，观察者接收到的波频率低于波源频率.3.观察者静止而波源运动时： 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，而已经发射出去的波仍以速度v前进，而后继波的波源地点(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.图12-7-7 波在介质中的传播速度并没有改变，观察者在波源前方时，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，即接收到波的频率增大，同样道理，观察者在波源后方时，即波源远离观察者时，接收到的波的频率减小. 探究结论:当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的波的频率增