（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册第3章 5 多普勒效应讲义.doc

1、5.多普勒效应多普勒效应 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念知道波源频率与观察者接收到的频率的区别知道波源频率与观察者接收到的频率的区别2.物理观物理观 念念知道什么是多普勒效应知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现 象象3.科学思维科学思维了解多普勒效应的一些应用了解多普勒效应的一些应用4.科学思维科学思维通过改变波源与观察者通过改变波源与观察者 的距离的距离，培养学生利用控制变量法分析问题的能力培养学生利用控制变量法分析问题的能力 阅读本节教材阅读本节教材，回答第回答第 74 页页“问题问题”并梳理必要知识点并梳

2、理必要知识点教材第教材第 74 页问页问题提题提 示：这是声波示：这是声波的多普勒效应的多普勒效应 一、多普一、多普勒效应勒效应 1定义：定义：波源与观察者相互波源与观察者相互靠近或者远离靠近或者远离时 时，接收到的波的接收到的波的频率频率都会发生变化都会发生变化， 这种现象叫作多普勒效应这种现象叫作多普勒效应 2 产生原因产生原因： (1)波源与观察者相互靠近时波源与观察者相互靠近时， ， 单位时间内通过观察者的波峰单位时间内通过观察者的波峰(或密部或密部) 的数目的数目增加增加，观察者观测到的频率观察者观测到的频率大于大于波源的频率波源的频率，即观察到的频率即观察到的频率变大变大 (2)波

3、源与观察者相互远离时波源与观察者相互远离时，观察到的频率观察到的频率变小变小 二、多二、多普勒效应的应用普勒效应的应用 (1)测量汽车速度测量汽车速度 交通警车向行进中的车辆发射交通警车向行进中的车辆发射频率频率已知的超声波已知的超声波，同时测量同时测量反射波反射波的频率的频率，根据反根据反 射波射波频率变化频率变化的多少就能知道车辆的速度的多少就能知道车辆的速度 (2)测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率频率然后与地球上这些元素然后与地球上这些元素 静止静止时发光的频率对照时发光的频率对照，可得星球的速度可得星球的速度 (3)测血液流速测血

4、液流速 向人体内发射已知向人体内发射已知频率频率的超声波的超声波，超声波被血管中的血液超声波被血管中的血液反射反射后又被仪器接收后又被仪器接收，测测 出反射波的出反射波的频率变化频率变化，就能知道血流的速度就能知道血流的速度 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“”“”) (1)当波源和观察者向同一个方向运动时当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应一定会发生多普勒效应() (2)火车的音调越来越高火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者说明火车正从远处靠近观察者() (3)只有声波才能发生多普勒效应只有声波才能发生多普勒效应() (4)铁路工人把

5、耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况是利用了多普勒效应铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况是利用了多普勒效应() 2(多选多选)下面说法中正确的是下面说法中正确的是() A发生多普勒效应时发生多普勒效应时，波源的频率变化了波源的频率变化了 B发生多普勒效应时发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化观察者接收到的频率发生了变化 C多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的多普勒效应是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多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 BCD当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应当波源与观察者之间有相对

6、运动时会发生多普勒效应，选项选项 C 正确；发生正确；发生 多普勒效应时多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化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而波源的频率并没有改变，故选项故选项 A 错误错误，选项选项 B 正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，选项选项 D 正确正确 3(多选多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应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星体发出的光波的频率来判断遥远星体相对于地球的运利用地球上接收到遥远星体发出的光波的频率来判断遥远星体相对于地球的运 动速度动速度 B交通警察向行进中的

7、汽车发射一个已知频率的电磁波交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，电磁波被运动的汽车反电磁波被运动的汽车反 射回来射回来，根据接收到的电磁波的频率发生的变化根据接收到的电磁波的频率发生的变化，就知道汽车的速度就知道汽车的速度，以便于进行交通以便于进行交通 管理管理 C铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况铁路工人把耳朵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 ABD凡是波都具有多普勒效应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因此利用光波的多普勒效应

8、便可以测定遥远星 体相对于地球运动的速度体相对于地球运动的速度，故故 A 选项正确；被反射的电磁波选项正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体相当于一个运动的物体 发出的电磁波发出的电磁波，其频率发生变化其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度， 故故 B 选项正确；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运行情况选项正确；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运行情况，是利用声音在固是利用声音在固 体中传播得快的特点体中传播得快的特点，与多普勒效应无关与多普勒效应无关，故故 C 选项不符合题意；炮弹飞行选项不符合题意；炮弹飞行，与空

9、气与空气 摩擦产生声波摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故故 D 选项正确选项正确 多普勒效应多普勒效应 教材第教材第 75 页页“思考讨论思考讨论”的答案的答案提示：提示： 振动片正向左移动；左边接收完全波的个数多振动片正向左移动；左边接收完全波的个数多 在学校里在学校里，请老师帮助把请老师帮助把 1 kHz 左右的音频声信号录制在你的磁带中左右的音频声信号录制在你的磁带中实验时把磁实验时把磁 带放在收录机中带放在收录机中，用两根绳子把收录机悬挂在门的气窗横梁上用两根绳子把收录机悬挂在门的气窗横梁上，按下放音键按下放音键，使收录机

10、使收录机 发声发声让收录机摆动起来让收录机摆动起来你感觉到的收录机的音调怎样变化？你感觉到的收录机的音调怎样变化？ 提示：提示：当收录机向你摆来时音调变高当收录机向你摆来时音调变高，远离你去时音调变低远离你去时音调变低 1多普勒效应的成因多普勒效应的成因 发生多普勒效应时发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动 2相对位置变化与频率的关系相对位置变化与频率的关系(规律规律) 相对位置相对位置图图示示结结论论 波源波源 S 和观察者和观察者 A 相对静相对静 止止，如图所示如图所示 f波源 波源 f观察者 观察者， ，音调不变音调不变 波

11、波源源 S 不动不动， 观察观察者者 A 运动运动， 由由 AB 或或 AC， 如图所示如图所示 若靠近波源若靠近波源，由由 AB，则则 f波源 波源 f观察者 观察者， ，音调变高；若远离波源音调变高；若远离波源， 由由 AC，则则 f波源 波源 f观察者 观察者， ，音调变音调变 低低 观察观察者者 A 不动不动， 波波源源 S 运动运动， 由由 SS2，如图所示如图所示 f波源 波源 f观察者 观察者， ，音调变高音调变高 【例【例 1】如图表示产生机械波的波源如图表示产生机械波的波源 O 做匀速运动的情况做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰图中的圆表示波峰 (1)该图表示的是该图表示的是

12、() A干涉现象干涉现象 B衍射现象衍射现象 C反射现象反射现象 D多普勒效应多普勒效应 (2)波源正在移向波源正在移向() AA 点点BB 点点 CC 点点DD 点点 (3)观察到的波的频率最低的点是观察到的波的频率最低的点是() AA 点点BB 点点 CC 点点DD 点点 思路点拨思路点拨： 本题主要是对多普勒效应的现象分析本题主要是对多普勒效应的现象分析， 判断问题时必须先明确如下几点判断问题时必须先明确如下几点： 常见的波动现象有哪些？常见的波动现象有哪些？怎样根据波形判断波源的移动方向？怎样根据波形判断波源的移动方向？波源的移动对观波源的移动对观 察到的波的频率有何影响？察到的波的频

13、率有何影响？ (1)D(2)A(3)B(1)由于题图所示波源左方的波面密集由于题图所示波源左方的波面密集， 右方的波面稀疏右方的波面稀疏， 可知可知 该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即即 D 选项正确选项正确(2)由于波源左方的波长由于波源左方的波长 被压缩被压缩，右方的波长被拉长右方的波长被拉长，可知波源正在移向可知波源正在移向 A 点点，即即 A 选项正确选项正确(3)由于波源远由于波源远 离离 B 点点，由题图分析可知在由题图分析可知在 B 点观察到波的频率最低点观察到波的频率最低，即即 B 选项正确选项正确 本题中由于波源的移动本题中由于波

14、源的移动，使观察者在使观察者在 A 点处接收到的频率变大点处接收到的频率变大，本质上本质上 是什么物理量变化引起的呢？是什么物理量变化引起的呢？ 答案答案波长波长 观测者向波源靠近时观测者向波源靠近时，波源频率不变波源频率不变，但观测者接收到的频率增高但观测者接收到的频率增高，即音调增高即音调增高； 反之反之，观测者与波源远离时观测者与波源远离时，观测者接收到的频率降低观测者接收到的频率降低、音调降低音调降低. 跟跟进训练进训练 1关于多普勒效应关于多普勒效应，下列说法中正确的是下列说法中正确的是() A发生多普勒效应时发生多普勒效应时，波源的频率变化了波源的频率变化了 B发生多普勒效应时发生

15、多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化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当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应会发生多普勒效应 D只有声波才能发生多普勒效应只有声波才能发生多普勒效应 B当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应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而观察者与波源速度相 同且同向运动时同且同向运动时，两者不发生相对运动两者不发生相对运动，不会产生多普勒效应不会产生多普勒效应，选项选项 C 错误；发生多错误；发生多 普勒效应时普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改

16、变而波源的频率并没有改变，选项选项 A 错错 误误，B 正确正确；多普勒效应多普勒效应，不仅适用于声波不仅适用于声波，也适用于其他类型的波也适用于其他类型的波，包括电磁波和光包括电磁波和光 波波，选项选项 D 错误错误 多普勒效应的应用多普勒效应的应用 1.超声波测速超声波测速 交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波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同时测量反射波的频率，根据反根据反 射波频率变化的多少就能知道车辆的速度射波频率变化的多少就能知道车辆的速度 名师点睛名师点睛：频率高于频率高于 20 000 Hz 的声波称为超声波的声波称为超声波；与能听到的声音

17、相比与能听到的声音相比，超声波超声波 有两个特点：一是可以比较容易地产生大功率的声波；二是它几乎沿直线传播有两个特点：一是可以比较容易地产生大功率的声波；二是它几乎沿直线传播 2医用医用“彩超彩超” 向人体内发射频率已知的超声波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超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测测 出反射波的频率变化出反射波的频率变化，就可算出血流的速度就可算出血流的速度 3判断火车的运动方向判断火车的运动方向 火车驶来时火车驶来时，由于多普勒效应由于多普勒效应，听到的汽笛声调比较高听到的汽笛声调比较高，感觉到尖锐刺耳感觉到尖锐刺耳；火车远火车远 离时

18、离时，听到的汽笛声调较低听到的汽笛声调较低，听起来较为低沉听起来较为低沉 4测星球速度测星球速度 测量星球上某些元素发出的光波的频率测量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然后与地球上这些元素静止时发光的频率 对照对照，可算出星球的速度可算出星球的速度 【例【例 2】(多选多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频同时探测反射波的频 率率下列说法正确的是下列说法正确的是() A车辆匀速驶向停在路边的警车车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高警车探测到的反射波频率增高 B车辆匀速驶离停在路边

19、的警车车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低警车探测到的反射波频率降低 C警车匀速驶向停在路边的汽车警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低探测到的反射波频率降低 D警车匀速驶离停在路边的汽车警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变探测到的反射波频率不变 AB车辆车辆(警车警车)匀速驶向停在路边的警车匀速驶向停在路边的警车(车辆车辆)， 两者间距变小两者间距变小， 产生多普勒效应产生多普勒效应， 警车探测到的反射波频率增高警车探测到的反射波频率增高，选项选项 A 正确正确，C 错误错误；车辆车辆(警车警车)匀速驶离停在路边的匀速驶离停在路边的 警车警车(车辆

20、车辆)，两者间距变大两者间距变大，产生多普勒效应产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低警车探测到的反射波频率降低，选项选项 B 正确正确，D 错误错误 对多普勒效应的理解对多普勒效应的理解 (1)在多普勒效应中在多普勒效应中，波源的频率是不改变的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只是由于波源和观察者之间有相对 运动运动，观察者接收到的频率发生了变化观察者接收到的频率发生了变化 (2)多普勒效应是波特有的现象多普勒效应是波特有的现象，电磁波和光波也会发生多普勒效应电磁波和光波也会发生多普勒效应 跟跟进训练进训练 2(多选多选)下列选项与多普勒效应有关的是下列选项与多普勒效应

21、有关的是() A科学家用激光测量月球与地球间的距离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医生利用超声波探测病人血管中血液的流速 C技术人员用超声波探测金属技术人员用超声波探测金属、陶瓷陶瓷、混凝土中是否有气泡混凝土中是否有气泡 D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 E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 度度 BDE当观察者与测量对象无相对运动时当观察者与测量对象无

22、相对运动时，不发生多普勒效应不发生多普勒效应，故故 A、C 错误；错误； 当观察者与测量对象相对运动时当观察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应发生多普勒效应，我们可以根据接收频率的变化来测我们可以根据接收频率的变化来测 速速，故故 B、D、E 正确正确 1物理观念：物理观念：多普勒效应多普勒效应 2科学思维：科学思维：相对运动法理解多普勒效应相对运动法理解多普勒效应 3科学探究：科学探究：探究声波的多普勒效应探究声波的多普勒效应. 1(多选多选)下列现象属于多普勒效应的是下列现象属于多普勒效应的是( ) A远去的汽车声音越来越小远去的汽车声音越来越小 B炮弹迎面飞来炮弹迎面飞来，声音刺耳声

23、音刺耳 C火车向你驶来时火车向你驶来时，音调变高；驶离你而去时音调变高；驶离你而去时，音调变低音调变低 D大风中大风中，远处人的说话声时强时弱远处人的说话声时强时弱 BCA 项和项和 D 项中所说的现象是能量传播的问题项中所说的现象是能量传播的问题，不是多普勒效应不是多普勒效应B、C 两项两项 所发生的现象是多普勒效应所发生的现象是多普勒效应 2(多选多选)一渔船向鱼群发出超声波一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的则被鱼群反射回来的 超声波与发出的超声波相比超声波与发出的超声波相比() A波速变大波速变大B波速不变波速不变 C频率变高频率变高D频率不

24、变频率不变 BC本题考查多普勒效应本题考查多普勒效应在同种介质中在同种介质中，超声波的传播速度保持不变超声波的传播速度保持不变，因此因此 A 项错误项错误， B 项正确项正确； 因鱼群正向渔船靠近因鱼群正向渔船靠近， 单位时间内渔船接收到的超声波的个数变多单位时间内渔船接收到的超声波的个数变多， 根据多普勒效应可知根据多普勒效应可知，频率变高频率变高，因此因此 C 项正确项正确，D 项错误项错误 3频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动以以 u 表示声源的速度表示声源的速度，v 表示声波的速度表示声波的速度(uv)，f 表示接收器接收到的频

25、率表示接收器接收到的频率，若若 u 增大增大，则则() Af 增大增大，v 增大增大Bf 增大增大，v 不变不变 Cf 不变不变，v 增大增大Df 减小减小，v 不变不变 B本题考查对波速和多普勒效应的理解本题考查对波速和多普勒效应的理解，机械波在介质中的速度由介质决定机械波在介质中的速度由介质决定，与与 波的频率波的频率、波源的速度无关波源的速度无关，因此不论因此不论 u 如何变化如何变化，v 都不变都不变，声源向着接收器运动声源向着接收器运动， 接收器单位时间接收到的完全波的个数增加接收器单位时间接收到的完全波的个数增加，波源的速度越大波源的速度越大，单位时间接收到的完全单位时间接收到的完

26、全 波的个数越多波的个数越多，因此因此 u 增大时增大时，f 增大增大，B 正确正确 4分析下列物理现象：分析下列物理现象： “闻其声而不见其人闻其声而不见其人”；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音； 当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高我们听到汽笛声的音调变高这些物理现象这些物理现象 分别属于波的分别属于波的() A折射折射、干涉干涉、多普勒效应多普勒效应 B衍射衍射、干涉干涉、多普勒效应多普勒效应 C折射折射、衍射衍射、多普勒效应多普勒效应 D衍射衍射、多普勒效应多普勒效应、干涉

27、干涉 B“闻其声而不见其人闻其声而不见其人”是声波的衍射现象是声波的衍射现象； 学生围绕振动的音叉转一圈会听到学生围绕振动的音叉转一圈会听到 忽强忽弱的声音是声波的干涉现象忽强忽弱的声音是声波的干涉现象；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到我们听到 汽笛声的音调变高是多普勒效应汽笛声的音调变高是多普勒效应，所以选项所以选项 B 正确正确 5思维拓展思维拓展情境：生活中经常用情境：生活中经常用“呼啸而来呼啸而来”形容正在驶近的车辆形容正在驶近的车辆，这是声波这是声波 在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无

28、线电波也具有这种效应无线电波也具有这种效应图中的测图中的测 速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波并接收被车辆反射的无线电波，由于车辆由于车辆 的运动的运动，接收的无线电波频率与发出时不同接收的无线电波频率与发出时不同利用频率差利用频率差 f接收 接收 f发出 发出就能计算出车辆的 就能计算出车辆的 速度速度，已知发出和接收的频率间关系为已知发出和接收的频率间关系为 f接收 接收 12v 车车 cf发出 发出， ， 式中式中 c 为真空中的光速为真空中的光速，若若 f发出 发出 2109Hz，f接收 接收 f发出 发出 400 Hz. 问题：被测车辆的速度大小为多少问题：被测车辆的速度大小为多少 解析解析将将 f发出 发出 2109Hz，f接收 接收 f发出 发出 400 Hz c3108m/s代入代入 f接收 接收 12v 车车 cf发出 发出 可得可得 v车 车 30 m/s. 答案答案30 m/s