学年人教版选修34 多普勒效应 教案Word文档格式.docx

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1.理解什么是多普勒效应.

2.掌握波源发出的波的频率与观察者接收到的波的频率之间的区别.

3.了解多普勒效应的一些应用.

4.增强学生的观察和思考能力.

1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别．（重点）

2.多普勒效应的应用．（重点）

3.多普勒效应产生的原因及分析．（难点）

多普勒效应及其应用

1.基本知识

（1）多普勒效应

由于波源与观察者之间有相对运动，使观察者感到频率改变的现象．

（2）多普勒效应产生的原因

①波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率增加．

②波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小．

（3）多普勒效应的应用

①测量汽车速度

交通警车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．

②测星球速度

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相对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度．

③测血液流速

向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度．

2.思考判断

（1）声源与观察者相互靠近时，声源的频率增大．（×

）

（2）声源与观察者远离时，声源的频率变小．（×

（3）多普勒效应中，声源的频率并不改变．（√）

3.探究交流

火车进站和出站时，坐在火车上的乘客，能感受到汽笛的音调发生变化吗？

【提示】　坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛音调发生变化，是因为声源相对听者是运动的．

多普勒效应的理解

【问题导思】　

1.什么是多普勒效应？

2.多普勒效应的成因是什么？

3.多普勒效应中是波源的频率变化了吗？

1.波源频率

声源完成一次全振动，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．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．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.音调

音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低．观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数决定的．

4.成因

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．

1.发生多普勒效应时，波源产生波的频率并没有变化，只是观察者接收到的波的频率发生了变化．

2.多普勒效应是波的特性，不是只有机械波会产生多普勒效应，后面所学的光波、电磁波也会产生这一现象．

　假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300Hz

B．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300Hz

C．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300Hz

D．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300Hz

【审题指导】　解答本题时应把握以下两点：

（1）当观察者与波源的距离减小时，观察者接收到的频率变大．

（2）当观察者与波源的距离增大时，观察者接收到的频率变小．

【解析】　当汽车向你驶来时，两者距离减小，你单位时间内接收的声波个数增多，频率升高，将大于300Hz，故A选项正确；

当汽车和你擦身而过后，两者距离变大，你单位时间内接收的声波个数减少，频率降低，将小于300Hz，故D选项正确．

【答案】　AD

1.关于多普勒效应，下列说法中正确的是（　　）

A．当波源与观察者有相对运动时，才会发生多普勒效应

B．当波源与观察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应

C．只有机械波才能发生多普勒效应

D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应

【解析】　当波源与观察者有相对运动时，他们之间的距离必然发生变化，其距离增大或减小，则观察者接收到的频率减小或增大，可知必发生多普勒效应，即A选项正确；

而当波源与观察者运动的速度完全相同时，无相对运动，相当于二者都静止的情况，不会发生多普勒效应，故B选项正确，D选项不正确；

多普勒效应是波动过程共有的特征，这里的波动包括一切波的传播过程，故C选项不正确．

【答案】　AB

多普勒效应的几种情况

1.波源不动，观察者向波源靠近，音调如何变化？

2.只要波源和观察者之间发生相对运动，就一定发生多普勒效应吗？

三种情况比较如下

相对位置

图　示

结　论

波源S和观察者A相对静止不动，如图所示

f波源＝f观察者，音调不变

波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示

若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者，音调变高；

若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者，音调变低

观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示

f波源＜f观察者，音调变高

1.无论什么情况，发生多普勒效应时，波源与观察者肯定有相对运动，二者相对靠近时，观察者接收到的频率变高，相对远离时，接收到的频率变低．

2.多普勒效应的产生不是取决于观察者距波源多远，而是取决于观察者相对于波源的运动速度的大小和方向．

　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？

【审题指导】　

（1）接收者与列车靠近时，音调变高．

（2）接收者与列车远离时，音调变低．

（3）接收者与列车无相对运动时，音调不变．

【解析】　

（1）站在列车前方的人与列车的距离在减小，因此听起来音调偏高，站在列车后方的人与列车的距离在增大，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】　

（1）偏高　偏低

（2）音调偏高　频率不变

（3）音调不变

2.（2012·

临汾检测）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】　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．故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，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项正确．对于C选项，铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，故不正确．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，故D选项正确．

【答案】　ABD

易错案例警示——不理解多普勒

效应产生原因导致错误

　频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速行动，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

【正确解答】　正确理解是：

声波在空气中的传播速度V与声源的速度u无关，所以u增大，V不变，选项A、C错；

频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动，接收器在单位时间内接收到的完全波个数比声源在单位时间内发出的完全波个数多，即接收器接收到的频率f′大于声源的频率，并且f′随声源速度u的增大而增大，所以选项B正确，D错误．

【答案】　B

【易错分析】　没有掌握机械波在介质中传播的规律，不理解产生多普勒效应的原因，错选A.

1.关于多普勒效应，下列说法正确的是（　　）

A．多普勒效应是由于波的干涉引起的

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．只有声波才可以产生多普勒效应

【解析】　多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动，而感到频率发生改变的现象．

【答案】　C

2.当火车进站鸣笛时，我们在车站听到的声音的频率和音调（　　）

A．变低，变高

B．不变，变高

C．变高，变高

D．不知声速和火车车速，不能判断

【解析】　火车进站鸣笛时，声源与观察者距离减小，观察者感受到的频率变大，音调变高．

3.观察者不动，波源迎面而来时（　　）

A．波源的波长发生了改变

B．波源的频率发生了改变

C．观察者收到的波的频率发生了改变

D．波速发生了改变

【解析】　由题意知波源与观察者之间有相对运动，所以观察者收到的波的频率发生了改变．

4.公路巡警开车在高速公路上以100km/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波，结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．

（1）此现象属于（　　）

A．波的衍射　　　　　　　B．波的干涉

C．多普勒效应D．波的反射

（2）若该路段限速为100km/h，则轿车是否超速？

（3）若轿车以20m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？

【解析】　

（1）选C.巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，此现象为多普勒效应．

（2）因巡警车接收到的频率变低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故轿车超速．（3）若轿车以20m/s的速度行进，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应变高．

【答案】　

（1）C　

（2）超速　（3）频率增大

1.下列哪些现象是多普勒效应（　　）

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，远处人的说话声时强时弱

【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，观察者听到的声音会变化，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项不是由多普勒效应造成的，故选择B、C.

【答案】　BC

2.关于多普勒效应说法正确的是（　　）

A．若波源向观察者靠近，则波源发出的频率变小

B．若波源向观察者靠近，则观察者接收到的频率变大

C．若观察者远离波源，则波源发出的频率变小

D．若波源和观察者相互接近，则观察者接收到的频率变大

【解析】　若波源向观察者靠近，则波源发出的频率不变，观察者接收到的频率会变大，A错误，B正确．若观察者远离波源，波源发出的频率也不变，C错误．若波源和观察者相互接近，则观察者接收到的频率变大，D正确．

【答案】　BD

3.火车上有一个声源发出频率一定的乐音．当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调．以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是（　　）

A．观察者静止，火车向他驶来

B．观察者静止，火车离他驶去

C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动

D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动

【解析】　当观察者与声源相向运动时，观察者单位时间内接收到的声波的个数增多，所以观察者接收到的频率升高，听到乐音的音调比原来要高．当观察者与声源背向运动时，观察者单位时间内接收的声波的个数减少，所以观察者接收到的频率降低，听到乐音的音调比原来降低了．综上所述，正确选项为B、D.

4.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、电磁波、光波等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

【解析】　多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应，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B、D正确，A、C错误．

5.下述说法中正确的是（　　）

A．沿与两个完全相同的发声器平行的直线走，听到的声音忽大忽小，这是波的干涉现象

B．在大树前说话，大树后面的人可以听到，这是波的衍射现象

C．大街上警车尖叫着从行人旁急驰而过，行人听到警笛声音由高变低这是声音的多普勒效应

D．发声的电铃放在真空罩里，外面听不到声音，这是因为电铃在真空中不能振动

【解析】　两个完全相同的发声器发出的声波在周围空间发生干涉，平行行走时听到的声音忽大忽小，故A正确．树前说话，树后的人能听到，是波的衍射造成的，B正确．当声源与观察者发生相对运动时，会发生多普勒效应，故C正确．没有传播介质声波不能传播，D错误．

【答案】　ABC

6.医院通过彩超对人体进行体检时，彩超机向人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，然后通过反射波的频率变化就可知血液的流速．这一技术主要体现了哪一种物理现象（　　）

A．共振　　　　　　　　　B．波的衍射

C．多普勒效应D．波的干涉

【解析】　彩超的工作原理是多普勒效应，故C正确．

7.有经验的铁路养护人员可以根据火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向．他所利用的应是（　　）

A．声波的干涉现象　　　　B．声波的衍射现象

C．声波的多普勒效应D．声波的反射现象

【解析】　根据多普勒效应的现象，当火车靠近铁路养护人员时，他听到的声音音调变高；

当火车远离铁路养护人员时，他听到的声音音调变低．

8.（2013·

长春检测）蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效．这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是（　　）

A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39000Hz

B．蝙蝠接收到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

【解析】　蝙蝠（波源）相对墙壁（观察者）的距离接近，所以墙壁接收到的超声波频率增大，A错误；

超声波被反射后频率不变，但传播方向和蝙蝠的运动方向相反，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声波时，频率会更大，故C正确，B、D错误．

9.如图12－5－1所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是（　　）

图12－5－1

A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高

B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高

C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变

D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低

【解析】　女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她会感到哨声音调变高；

反之女同学向左运动时，她感到音调变低．选项A、D正确，B、C错误．

图12－5－2

10.如图12－5－2所示是一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况，则（　　）

A．该波源正在移向a点

B．该波源正在移向b点

C．在a处观察，波的频率变低

D．在b处观察，波的频率变低

【解析】　此题考查的是多普勒效应的模型及原理．波源在某一位置产生一列波面后，该波面以该位置为球心，以波速作为传播速度向外传播，反之，由波面可确定出该波面的产生位置，即波源．波面半径大，表示产生时间早，传播时间长．对照图示，可确定出波源由右向左运动，故A项正确，B错误．由于观察者不动，故波面经过观察者的速度等于波速，而在a处观察时，相邻波面间距比波源不动时的间距小，因而经过观察者的时间间隔短，频率大；

同理在b处的时间间隔长，频率小，故选项C错误，D正确．

11.a为声源，发出声波，b为接收者，接收a发出的声波．若a、b在沿着二者连线的方向运动（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收到的声频一定比a发出的低

B．若a、b向同一方向运动，则b收到的声频一定比a发出的低

C．若a、b向同一方向运动，则b收到的声频一定比a发出的高

D．若a静止，b向a运动，则b收到的声频一定比a发出的高

【解析】　b收到的声频的高低关键是看声源a与接收者b之间的距离变化，若a、b远离则声频变低，若a、b靠近则声频变高，故A错，D对．当a、b向同一方向运动时，二者之间的距离可变大、可变小、可不变，故b收到的声频与a发出的频率关系不确定，故B、C错．

【答案】　D

12.随着科技的发展和作战的需要，现在的战斗机飞得越来越快，甚至有些飞机的速度超过了声音在空气中的传播速度．假设某爆炸声在空气中的传播速度为340m/s，一架战斗机正在爆炸点附近远离它飞行，要使飞行员听不到爆炸声，飞机飞行的速度至少多大？

【解析】　要使飞行员恰好听不到爆炸声，即飞行员正好一个声波也接收不到，故他随飞机运动的速度应与波前进的速度一样，即飞机应以340m/s的声速飞行远离爆炸点．

【答案】　340m/s