高中物理人教版选修34周末班讲义125多普勒效应惠更斯原理教师版.docx

1、高中物理人教版选修34周末班讲义125多普勒效应惠更斯原理教师版 多普勒效应惠更斯原理学习目标1.理解什么是多普勒效应了解多普勒效应的应用(重点)2了解波面和波线的概念3掌握惠更斯原理，理解用惠更斯原理解释波的反射和折射现象(难点)4知道波反射和折射的规律(重点)考点一、多普勒效应及其应用1多普勒效应由于波源与观察者之间有_，使观察者感到_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_，观察者观测到的频率_波源的频率，即观察到的频率_(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率_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

2、_已知的超声波，同时测量_的频率，根据反射波_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_然后与地球上这些元素_时发光的频率对照，可得星球的速度(3)测血液流速向人体内发射已知_的超声波，超声波被血管中的血液_后又被仪器接收，测出反射波的_，就能知道血流的速度相对运动 频率改变 增加 大于 变大 变小 频率 反射波 频率变化 频率 静止 频率 频率变化 反射1多普勒效应的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2相对位置变化与频率的关系(规律)相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止，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，

3、由AB或AC，如图所示若靠近波源，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，音调变低观察者A不动，波源S运动，由SS2，如图所示f波源f观察者音调变高1假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz，在汽车向你驶来又擦身而过的过程中，当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率_于300 Hz，当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率_于300 Hz【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300 Hz；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300 Hz.【答案】大小2下面

4、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E多普勒效应是牛顿首先发现的【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，选项C正确；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，选项B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，选项D正确【答案】BCD3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超声波，结果该超声波被那辆轿车反

5、射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出的低(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100 km/h，则该轿车是否超速？(3)若该轿车以20 m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？【解析】(1)巡警车接收到的超声波频率比发出的低，此现象为多普勒效应，选项C正确(2)因巡警车接收到的频率低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定且在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该轿车超速(3)若该轿车以20 m/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偏高【答案】(1)C(2)见解析(3)见解析4新型列车动车

6、组速度可达300 km/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”)4(1)偏高偏低(2)偏高汽笛发出声波的频率不变(3)乘客听到的音调不变解析(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，因此听起来音调偏低(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该列车相对静止，故听起来音调不变点评声音的频率变化时音调发生变化当频率变高时，音调变高；当频率变低时，音调变低多普勒效应的判断方法(1)确

7、定研究对象(波源与观察者)(2)确定波源与观察者是否有相对运动若有相对运动，能发生多普勒效应，否则不发生(3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变考点二、波面和波线惠更斯原理1波面：在波的传播过程中，任一时刻_都相同的介质质点所组成的面2波线：与波面_指向_的直线，如图1251所示图12513波的分类(1)球面波：波面是_的波(2)平面波：波面是_的波4惠更斯原理(1)内容介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的_，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的_就是新的波面(2)现象解释只能解释衍射现象中波的传播方向，不能解释波的_无法

8、说明衍射现象与狭缝或障碍物_的关系1惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的2利用惠更斯原理解释波的传播：如图1254所示，以O为球心的球面波在时刻t的波面为，按照惠更斯原理，面上每个点都是子波的波源设各个方向的波速都是v，在t时间之后各子波的波面如图中一个个的小圆所示，它的半径是vt.是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面在时间t后的新位置可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面的半径之差为vt，表示波向前

9、传播了vt的距离图1254图1255与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播(如图1255所示)3惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的1下列说法中正确的是()A水波是球面波B声波是球面波C只有横波才能形成球面波D只有纵波才能形成球面波1B该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与是横波还是纵波无关，故C、D不正确，由此可知B正确由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确点评波源发出的波能在三维空间

10、中传播，就能形成球面波，例如地震波2下列说法中不正确的是()A只有平面波的波面才与波线垂直B任何波的波线与波面都相互垂直C任何波的波线都表示波的传播方向D有些波的波面表示波的传播方向2AD任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故B、C正确，选A、D.点评波线代表波的传播方向且波线与波面垂直4下列说法中正确的是()A惠更斯原理能解释波的衍射现象B声波是球面波C只有横波才能形成球面波D只有纵波才能形成球面波E横波和纵波都能形成球面波【答案】ABE5下列说法中正确的是() A只有平面波的波面才与波线垂直B任何波的波线与波面都相互垂直C任何波的波线都表示波的传播方向D有些波的波面表示波的

11、传播方向E子波的波速与频率等于初级波的波速和频率【解析】不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A错误、B正确；只有波线才表示波的传播方向，选项C正确，D错误波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，E对【答案】BCE利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤(1)确定一列波某时刻一个波面的位置(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源(3)选一段时间t.(4)根据波速确定t时间后子波波面的位置(5)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面(6)由新的波面可确定波线及其方向考点三、波的反射和折射1反射现象波遇到介质界面会_继续传播的现象2

12、折射现象波从一种介质_另一种介质时，波的_方向发生改变的现象1回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声.(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v).(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s(v声v).2超声波定位蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来蝙蝠、海豚就

13、是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向3波的反射、折射现象中各量的变化(1)频率(f)由波源决定：故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即波源的振动频率相同(2)波速(v)由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化(3)据vf知，波长与波速和频率有关反射波与入射波，频率同、波速同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率同，波速不同，故波长不同具体见下表所示波现象波的反射波的折射 传播方向改变 反入改变 折入频率f不变不变波速v不变改变波长不变改变1图1中1、2、3分别代表入射波、反射波

14、、折射波的波线，则()图1A2与1的波长、频率相等，波速不等B2与1的波速、频率相等，波长不等C3与1的波速、频率、波长均相等D3与1的频率相等，波速、波长均不等1D波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由得波长不同，故C错，D对点评波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关波速由介质决定，介质发生变化波速可能发生变化，由vf知波长就会发生变化6一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率_，波长_. 【解析】由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变又因波在水中速度

15、较大，由公式vf可得，波在水中的波长变大【答案】不变变大7某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.(1)该波的频率为_Hz，在海水中的波速为_ m/s.(2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？【解析】(1)由f得fHz340 Hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为v海f4.5340 m/s1 530 m/s.(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为hv海1 530m382.5 m.(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声的时间

16、为t，则v物tv海t2 h代入数据解得t0.498 s【答案】(1)3401 530(2)382.5 m(3)0.498 s回声测距的方法技巧利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播(1)若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作图后再求解(2)利用回声测距时，要特别注意声源是否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同(3)解决波的反射问题，关键是根据物理情景规范作出几何图形，然后利用几何知识结合物理规律进行解题课堂达标1关于波的衍射现象，下列说法正确的是()A当孔

17、的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象B只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C只有波才有衍射现象D衍射是波特有的现象E以上说法均不正确【解析】当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象，切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象【答案】BCD2如图1246所示，表示两列同频率相干水波在t0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷已知两列波的振幅均为2 cm，波速均为2 m/s，波长均为0.4 m，E点为B、D连线和A、C连线的交点，下列说法正确的是() 图1246A

18、A，C两点是振动减弱点BA，C，E点是振动加强点CB，D两点在该时刻的竖直高度差为8 cmDt0.05 s时，E点离平衡位置的位移大小为4 cmEt0.05 s时，D点离平衡位置的位移大小为4 cm【解析】图中B，D均为振动加强点，E位于B，D的中线上，故E也是振动加强点，而A，C两点为波峰与波谷相遇，故是振动减弱点图中所示时刻，B点偏离平衡位置4 cm，而D点偏离平衡位置4 cm，故二者竖直高度差为8 cm，再过0.05 s，两列波的波峰恰在E点相遇，故E点偏离平衡位置的距离将达到4 cm，而D在平衡位置故正确答案为A、C、D.【答案】ACD3关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是()A两列

19、频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B任何两列波相遇都会叠加C两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点D两列频率相同的波相遇时，如果介质中的某点振动是加强的，某时刻该质点的位移可能是零E两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移可能比振动减弱的质点的位移小【解析】根据波的叠加和干涉的概念可知，只要两列波相遇就会叠加，但如果两列波的频率不同，在叠加区域就没有稳定的干涉图样，所以A错误，B正确；发生干涉时振动加强的点还有波谷和波谷相遇的点，所以C错误；因为某质点振动加强仅是振幅加大，但只要仍在振动就一定有位移为零的时刻，所以D、E正确【答案】BDE4有一

20、障碍物的尺寸为10 m，下列哪些波在遇到它时能产生明显衍射现象()A波长为1 m的机械波B波长为10 m的机械波C波长为20 m的的机械波D频率为40 Hz的声波E频率为5 000 MHz的电磁波(波速为3108 m/s)【解析】空气中声波波速大约为340 m/s，由可算出频率为40 Hz的声波的波长为8.5 m；同理可算出频率为5 000 MHz的电磁波的波长为0.06 m选项C、D中波长等于大于障碍物尺寸【答案】BCD5利用发波水槽得到的水面波形如图1247甲、乙所示，则 甲乙图1247图甲显示了波的_现象，图乙显示了波的_现象【解析】由波的干涉和衍射概念知，图甲是一列波的传播，显示了波的

21、衍射现象，图乙是两列波的传播，显示了波的干涉现象【答案】衍射干涉6在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为多少？【解析】在水槽中激发的水波波长为m0.01 m1 cm.要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长【答案】小于1 cm7简谐横波a沿x轴正方向传播，简谐横波b沿x轴负方向传播，波速都是10 m/s，振动方向都平行于y轴，t0时刻，这两列波的波形如图1248所示画出平衡位置在x2 m处的质点从t0时刻开始在一个周期内的振动图象图1248【解析】该题考查波的叠加和干涉两列频率相同

22、的波其振动图象是稳定的，t0时刻，两列波引起x2 m处质点的振动方向都向上，经过T，两列波的波峰都传到x2 m处，故振幅AA1A23 cm.【答案】课堂达标1下列关于多普勒效应的说法中，正确的是()A只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应B如果声源静止，就观察不到多普勒效应C当声源朝靠近观察者运动时，声源的频率不变D当声波远离观察者运动时，观察者接收到的频率变低E当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的频率可能变高，也可能变低【解析】波源运动时，波源与观察者距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，A错；声源静止时，若观察者向声源运动，能发生多普勒效应，B错；声源朝着观察者运动时，声源频率不

23、变，观察者接收到的频率增大，C、D对；声源相对观察者运动时，二者距离可能增大，也可能减小，故观察者接收到的频率可能变低，也可能变高，E对【答案】CDE2声波从声源发出，在空中向外传播的过程中() A波速不变 B频率不变C振幅在逐渐变小 D波长在逐渐变小E波长在逐渐变大【解析】声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速只由空气决定频率(由声源决定)和波长()均不变，所以A、B对，D、E错；又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C正确【答案】ABC3如图1257所示，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播，波速v400 m/s.为了

24、接收信号，在x400 m处放置一接收器A(图中未标出)已知t0时，波已经传播到x40 m，则下列说法中正确的是()图1257A波源振动的周期为0.05 sBx40 m处的质点在t0.5 s时位移为零C接收器在t1.0 s时才能接收到此波D若波源向x轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于20 HzE接收器接收到的频率与波源的运动方向无关【解析】波源振动的周期：Ts0.05 s，A正确；x40 m处的质点在t0.5 s时仍在平衡位置，B正确；接收器接收到此波的时间：ts0.9 s，C错误；由多普勒效应的知识，可判断D正确，E错误【答案】ABD4频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动，

25、以u表示声源的速度，v表示声波的速度(uv)，表示接收器接收到的频率，若u增大，则_，v_. 【解析】机械波在介质中的速度由介质决定，与波的频率、波源的速度无关，因此不论u如何变化，v都不变声源向着接收器运动，接收器单位时间接收到的完整波的个数增加，波源的速度越大，单位时间接收到的完整波的个数越多，因此u增大时，增大【答案】增大不变5一列波在第一种均匀介质中的波长为1，在第二种均匀介质中的波长为2，且132，那么波在两种介质中的频率之比为_，波速之比为_【解析】同一列波频率不变，vf，.【答案】11316当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反

26、射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为多少？【解析】右边的声波从发出到反射回来所用时间为t10.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t22 s山谷的宽度为sv(t1t2)3402.5 m425 m.【答案】425 m7.如图1258所示，由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？设波速为340 m/s，则要让观察者完全接收不到波，他每秒要运动多少米？图1258【解析】观察者在单位时间内接收到完全波的个数

27、就等于观察者接收到的频率如果观察者不动，则1 s内，观察者接收的完全波的个数应为20个，然而当观察者从A运动到B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，即他只接收到19个完全波要想让观察者完全接收不到波，他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源由xvt得x3401 m340 m，即观察者每秒要远离波源340 m.【答案】19个340 m能力提升8.如图1249所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A，B两处有两个小船进港躲避风浪某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有() 图1249A假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基

28、本上不受波浪影响B假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响E波浪的波长越长，则A、B两处的小船受到波浪的影响越明显【解析】A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象【答案】ADE9.在图12410中，A、B是同一介质中两相干波源，其振幅均为A5 cm，频率均为f100 Hz，当A点为波峰时，B点恰好为波谷，波速v10 m/s，判断P点为振动加强点还是振动减弱点？图12410【解析】A到P与B到P的波程差为x25 m15 m10 m这两列波的波长为m0.1 m10 m恰好为0.1 m的整数倍，又因A、B步调相反，因此P点为减弱点【答案】减弱点10两列平面简谐横波在空中叠加，其中简谐横波a(图中虚线)沿x轴正方向传播，简