资源简介

5．多普勒效应
[学习目标]　1．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象。2．培养利用控制变量法探究问题的能力。 3．了解多普勒效应在实际生活中的应用。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1　当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会如何变化？
问题2　如果用竹杆拴着蜂鸣器运动，可能会有什么现象发生？
　多普勒效应
【链接教材】　如人教版教材P79图3.5-1所示：将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动。
问题1　在几米外听到蜂鸣器的音调有何不同？
提示：听到的蜂鸣器的音调忽高忽低。
问题2　实际上蜂鸣器的音调会变化吗？
提示：实际上蜂鸣器的音调不会变化。
问题3　听到的音调发生变化的原因是什么？
提示：蜂鸣器与观察者之间的相对位置变化，观察者听到的频率发生变化。
【知识梳理】　
1．定义：波源与观察者相互靠近或远离时，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。
2．产生原因
(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变大。
(2)波源与观察者相互远离时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目减少，观察者观测到的频率变小。
提醒：无论波源与观察者间是否有相对运动，是否发生多普勒效应，波源发出的波的频率不变，改变的仅是接收的波的频率。
【思考讨论】
问题　只要观察者与波源发生相对运动，就会产生多普勒效应，这种说法对吗？为什么？
提示：不对，如果观察者绕着波源做圆周运动，虽然两者间发生了相对运动，但观察者接收的频率与波源发出的频率依然相等，并未发生多普勒效应。
【知识归纳】　
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，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
【典例1】　(多普勒效应问题分析)如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是(　　)
A．干涉现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
(2)波源正在移向(　　)
A．A点　　 B．B点
C．C点 　 D．D点
(3)观察到的波的频率最低的点是(　　)
A．A点 　 B．B点
C．C点 　 D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的分析，判断问题时必须明确以下几点：(1)常见的波动现象有哪些；(2)怎样根据波形判断波源的移动方向；(3)波源的移动对观察到的波的频率有何影响。
[解析]　(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。
(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确。
(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到的波的频率最低，即B选项正确。
[答案]　(1)D　(2)A　(3)B
　多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(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，则发生多普勒效应；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；当两者靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率均不变。
【典例2】　(由多普勒效应判断频率变化)春节假期，小明坐在沙发上用电视机观看某科幻电影，情节紧张刺激、扣人心弦，与此同时，来访的亲友快步向客厅走来，小明的家长快步前去迎接，对于电视机发出的声音，小明听到的声音频率为f1，来访的亲友听到的声音频率为f2，小明的家长听到的声音频率为f3，则下列说法正确的是(　　)
A．f1>f2>f3 　 B．f2>f3>f1
C．f2>f1>f3 　 D．f3>f2>f1
C　[设电视机发出声音的频率为f0，由题意可知小明相对于电视机静止不动，则有f1＝f0，来访的亲友相对在靠近电视机，根据多普勒效应可知f2>f0, 小明的家长相对在远离电视机，根据多普勒效应可知f3f1>f3，故选C。]
　多普勒效应的应用
1．测量汽车速度：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。
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对照，可得星球的速度。
3．测血液流速：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，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。
【思考讨论】　利用如图所示的卫星跟踪站，人们可以跟踪人造地球卫星。
问题1　人们怎样利用卫星跟踪站观测卫星？
提示：一旦卫星经过跟踪站上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小，人们根据接收到的信号频率变化来观察卫星。
问题2　人们发现星球光谱的频率在变小，说明什么问题？
提示：说明星球正在远离地球。
【典例3】　(多普勒效应的应用)(多选)下面实例中利用了多普勒效应的是(　　)
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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去
ABD　[利用光波的多普勒效应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；铁路工人根据铁轨振动的强弱而非频率的高低来对列车的运动做出判断，C选项错误；炮弹飞行时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，D选项正确。]
1．(多选)关于下列图中的物理现象，描述正确的是(　　)
A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，传播方向改变，属于波的反射现象
B．乙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象
C．丙图，用竹竿举着蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应
D．丁图，水波穿过障碍物间的狭缝后，形成明暗相间的条纹，属于波的干涉现象
BC　[题图甲中水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，故A错误；题图乙中两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，故B正确；题图丙中，用竹竿举着蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，故C正确；题图丁中，水波穿过障碍物间的狭缝后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，故D错误。故选BC。]
2．(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学感受到声音变化的说法正确的是(　　)
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
AD　[由题图可知，女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就在靠近声源，根据多普勒效应，她接收到的哨声频率变高，音调变高；反之女同学向左运动时，她感受到音调变低，A、D正确，B、C错误。]
3．如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处静止的人感受到的声波的频率为f2，则(　　)
A．f1＜f，f2＜f　　　　
B．f1＜f，f2＞f
C．f1＞f，f2＞f
D．f1＞f，f2＜f
D　[由题意可知，声源靠近A处的人，由多普勒效应可知，A处的人接收到声波的频率变大，即f1>f；同理可知B处的人接收到声波的频率变小，即f2回归本节知识，完成以下问题：
1．为什么会产生多普勒效应现象？
提示：观察者与波源存在相对运动。
2．发生多普勒效应时，波源的频率发生变化了吗？
提示：没有变化。
3．多普勒效应的产生与观察者距波源的远近有关吗？
提示：无关。
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家威廉·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们的速度)，得出了46 km/s 的速度值。
1．多普勒效应是什么现象？
提示：当波源与观察者发生相对运动时，接收到的波的频率发生改变的现象。
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
提示：没有。
课时分层作业(十五)　多普勒效应
?题组一　多普勒效应
1．在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　)
①雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
②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
③观察者听到远去的列车发出的汽笛声音调变低
④天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化
A．①②③　 B．①②④
C．①③④ 　 D．②③④
D　[①看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，是光和声音在空气中的传播速度不同造成的，故①错误；②探测器接收到的超声波频率发生变化，是由于血液发生流动，探测器与血液的观测点的距离发生变化，可以用多普勒效应解释，故②正确；③观察者听到远去的列车发出的汽笛声音调变低是由于列车与观察者的距离发生变化，可以用多普勒效应解释，故③正确；④观察者与双星的距离发生变化，接收到的频率发生变化，产生周期性变化的光谱，属于多普勒效应，故④正确。故选D。]
2．(多选)让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每分钟有30人与观察者相遇，如果观察者以小于队伍行进的速度顺着队伍行走，每分钟有20人与观察者相遇，下列关于这一实例的分析正确的是(　　)
A．如果观察者逆着队伍行走，每分钟与观察者相遇的人数将大于30人
B．该实例与多普勒效应原理相同
C．多普勒效应的本质是波源的频率发生了变化
D．“隔墙有耳”是多普勒效应
AB　[如果观察者逆着队伍行走，根据运动的相对性可知每分钟与观察者相遇的人数将大于30人，故A正确；波在介质中传播时频率不变，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感觉到(或仪器设备接收到)的频率发生了变化，这样就形成了多普勒效应，故B正确，C错误；“隔墙有耳”属于波的衍射现象，故D错误。]
3．(多选)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．振针向右移动
B．振针向左移动
C．在A处的观察者接收到的水波频率比振针的振动频率小
D．在A处的观察者接收到的水波频率比振针的振动频率大
AC　[振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者时，水波波长变长，观察者接收到的频率比振针的振动频率小，故A、C正确。]
4．在t＝0时刻，汽车甲与乙分别距十字路口O处的距离为x甲和x乙。两车分别以速率v甲和v乙沿水平的相互正交的公路匀速前进，如图所示。汽车甲持续地以固定的频率f0鸣笛，则下列说法正确的是(已知声速为u，且有u>v甲、u>v乙)(　　)
A．当两车均向O运动(在到达O之前)时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率低
B．当两车均向O运动(在到达O之前)时，汽车乙的司机接收到的频率可能等于波源发出的频率
C．当两车均向远离O的方向运动时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率低
D．当两车均向远离O的方向运动时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率高
C　[根据多普勒效应可知，当两车均向O运动(在到达O之前)时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率高；当两车均向远离O的方向运动时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率低，故A、B、D错误，C正确。]
5．如图所示，一频率为600 Hz的声源以一定角速度绕圆心O点做匀速圆周运动一圈。某观察者站在离圆心O很远的P点观察。若观察者接收到的声音频率小于600 Hz, 则可能是声源在图中哪点发出的(　　)
A．A点　　B．B点　　C．C点　　D．D点
C　[根据多普勒效应，当声源向观察者靠近时，观察者接收到的声音频率高于声源的频率；当声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率低于声源的频率。把速度方向标出来，A点有接近的趋势，频率变高；C点有远离的趋势，频率变低；B、D点速度垂直PO，频率不变，故选C。]
?题组二　多普勒效应的应用
6．平直公路上汽车正在匀速远离时，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图像如图所示，其中正确的是(　　)
A　　　　　　B
C　　　　　　D
D　[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，汽车反射波的频率应该小于发出波的频率，D正确。]
7．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20 000 Hz，能持续1 ms或不到1 ms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39 000 Hz，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．墙壁接收到的蝙蝠的超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．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．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
C　[由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的超声脉冲频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到的墙壁反射的超声脉冲频率大于墙壁接收的超声脉冲频率，故选C。]
8．汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是自适应巡航控制，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，再通过回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．当f＝f ′时，表明前车一定处于静止状态
C．当f ′>f时，表明前车相对无人车在加速行驶
D．当f ′A　[当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的波的频率和波源的频率相等，故当f＝f ′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定静止，A正确，B错误；当f ′＞f时，无人车接收到的波的频率增大，说明两车距离减小，表明前车相对无人车在减速行驶，C错误；当f ′9．(多选)如图所示，小球P一边贴着水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动，x＝0处是它的初始位置，图示为恰经10个周期时观察到的水面波。则下列说法正确的是(　　)
A．位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz
B．位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz
C．水面波的传播速度是0.2 m/s，小球匀速移动的速度是0.1 m/s
D．水面波的传播速度是0.4 m/s，小球匀速移动的速度是0.2 m/s
AC　[小球每秒振动5次，所以波的频率为 5 Hz, 小球沿x轴正方向匀速移动，根据多普勒效应规律可知，位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz，位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率小于 5 Hz, 所以A正确，B错误；小球的振动周期为T＝ s＝0.2 s，小球振动10个周期所用的时间为t＝10T＝2 s，小球的速度为v1＝ m/s＝0.1 m/s，水面波的传播速度为v＝ m/s＝0.2 m/s，所以C正确，D错误。]
10．正在报警的警钟每隔0.5 s响一声，声波在空气中的传播速度v＝340 m/s，警钟已响了很久，求在t＝5 min内：
(1)如果警钟不动，某人乘坐速度u＝20 m/s的汽车向警钟接近，能听到几次钟响？
(2)如果某人不动，汽车带着警钟以u＝20 m/s的速度向人接近，人能听到几次钟响？
(3)如果人和警钟都以u＝20 m/s的速度相互接近或远离，人分别能听到几次钟响？
[解析]　警钟每隔0.5 s响一声，发出响声的等效频率f＝ Hz＝2 Hz。
(1)警钟不动，即波源静止，则响声的等效波长(两次响声间的距离)不变，λ＝，而响声相对于人的传播方向和人的运动方向相反，因此响声相对于人的速度变为v＋u，所以人接收到的响声的等效频率为f1＝f，因此t＝5 min内听到的钟响次数n1＝tf1＝ 次≈635次。
(2)声源向前运动，运动方向和声波的传播方向相同，则响声的等效波长变短，λ2′＝；若人静止不动，则响声相对于人的速度没有发生变化，则人接收到的响声的等效频率f2＝f，因此t＝5 min内听到的钟响次数n2＝tf2＝，计算得人能听到637次钟响。
(3)人和警钟相互接近时，声源运动方向和响声传播方向相同，则响声的等效波长变短，λ3′＝；人的运动方向和响声的传播方向相反，则声速相对于人增大，为v＋u，则人接收到的响声的等效频率f3＝f，因此t＝5 min内听到的钟响次数n3＝tf3＝次＝675次人和警钟相互远离时，声源运动方向和响声传播方向相反，则响声的等效波长变长，λ4′＝；人的运动方向和响声的传播方向相同，则声速相对于人减小，为v－u，则人接收到的响声的等效频率f4＝f，因此t＝5 min内听到的钟响次数n4＝tf4＝次≈533次。
[答案]　(1)635次　(2)637次　(3)相互接近：675次　相互远离：533次
21世纪教育网(www.21cnjy.com)5．多普勒效应
[学习目标]　1．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象。2．培养利用控制变量法探究问题的能力。 3．了解多普勒效应在实际生活中的应用。
　多普勒效应
【链接教材】　如人教版教材P79图3.5-1所示：将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动。
问题1　在几米外听到蜂鸣器的音调有何不同？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
问题2　实际上蜂鸣器的音调会变化吗？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
问题3　听到的音调发生变化的原因是什么？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【知识梳理】　
1．定义：波源与观察者相互__________时，接收到的波的____都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。
2．产生原因
(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____。
(2)波源与观察者相互远离时，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____。
提醒：无论波源与观察者间是否有相对运动，是否发生多普勒效应，波源发出的波的频率不变，改变的仅是接收的波的频率。
【思考讨论】
问题　只要观察者与波源发生相对运动，就会产生多普勒效应，这种说法对吗？为什么？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【知识归纳】　
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，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
【典例1】　(多普勒效应问题分析)如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是(　　)
A．干涉现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
(2)波源正在移向(　　)
A．A点　　 B．B点
C．C点 　 D．D点
(3)观察到的波的频率最低的点是(　　)
A．A点 　 B．B点
C．C点 　 D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的分析，判断问题时必须明确以下几点：(1)常见的波动现象有哪些；(2)怎样根据波形判断波源的移动方向；(3)波源的移动对观察到的波的频率有何影响。
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
　多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(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，则发生多普勒效应；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；当两者靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率均不变。
【典例2】　(由多普勒效应判断频率变化)春节假期，小明坐在沙发上用电视机观看某科幻电影，情节紧张刺激、扣人心弦，与此同时，来访的亲友快步向客厅走来，小明的家长快步前去迎接，对于电视机发出的声音，小明听到的声音频率为f1，来访的亲友听到的声音频率为f2，小明的家长听到的声音频率为f3，则下列说法正确的是(　　)
A．f1>f2>f3 　 B．f2>f3>f1
C．f2>f1>f3 　 D．f3>f2>f1
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
　多普勒效应的应用
1．测量汽车速度：交通警察向行进中的车辆发射____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流____后又被仪器接收，测出反射波的________，就能知道血流的速度。
【思考讨论】　利用如图所示的卫星跟踪站，人们可以跟踪人造地球卫星。
问题1　人们怎样利用卫星跟踪站观测卫星？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
问题2　人们发现星球光谱的频率在变小，说明什么问题？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【典例3】　(多普勒效应的应用)(多选)下面实例中利用了多普勒效应的是(　　)
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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
1．(多选)关于下列图中的物理现象，描述正确的是(　　)
A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，传播方向改变，属于波的反射现象
B．乙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象
C．丙图，用竹竿举着蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应
D．丁图，水波穿过障碍物间的狭缝后，形成明暗相间的条纹，属于波的干涉现象
2．(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学感受到声音变化的说法正确的是(　　)
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
3．如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处静止的人感受到的声波的频率为f2，则(　　)
A．f1＜f，f2＜f　　　　
B．f1＜f，f2＞f
C．f1＞f，f2＞f
D．f1＞f，f2＜f
回归本节知识，完成以下问题：
1．为什么会产生多普勒效应现象？
2．发生多普勒效应时，波源的频率发生变化了吗？
3．多普勒效应的产生与观察者距波源的远近有关吗？
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家威廉·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们的速度)，得出了46 km/s 的速度值。
1．多普勒效应是什么现象？
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共51张PPT)
第三章 机械波
5．多普勒效应
[学习目标]　1．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象。2．培养利用控制变量法探究问题的能力。 3．了解多普勒效应在实际生活中的应用。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1　当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会如何变化？
问题2　如果用竹杆拴着蜂鸣器运动，可能会有什么现象发生？
探究重构·关键能力达成
【链接教材】　如人教版教材P79图3.5-1所示：将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动。
知识点一　多普勒效应
问题1　在几米外听到蜂鸣器的音调有何不同？
提示：听到的蜂鸣器的音调忽高忽低。
问题2　实际上蜂鸣器的音调会变化吗？
提示：实际上蜂鸣器的音调不会变化。
问题3　听到的音调发生变化的原因是什么？
提示：蜂鸣器与观察者之间的相对位置变化，观察者听到的频率发生变化。
【知识梳理】　
1．定义：波源与观察者相互__________时，接收到的波的____都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。
2．产生原因
(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____。
(2)波源与观察者相互远离时，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____。
提醒：无论波源与观察者间是否有相对运动，是否发生多普勒效应，波源发出的波的频率不变，改变的仅是接收的波的频率。
靠近或远离
频率
增加
变大
减少
变小
【思考讨论】
问题　只要观察者与波源发生相对运动，就会产生多普勒效应，这种说法对吗？为什么？
提示：不对，如果观察者绕着波源做圆周运动，虽然两者间发生了相对运动，但观察者接收的频率与波源发出的频率依然相等，并未发生多普勒效应。
【知识归纳】　
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
相对位置 图示 结论
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
【典例1】　(多普勒效应问题分析)如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是(　　)
A．干涉现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
√
(2)波源正在移向(　　)
A．A点　　 B．B点
C．C点 　 D．D点
(3)观察到的波的频率最低的点是(　　)
A．A点 　 B．B点
C．C点 　 D．D点
√
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的分析，判断问题时必须明确以下几点：(1)常见的波动现象有哪些；(2)怎样根据波形判断波源的移动方向；(3)波源的移动对观察到的波的频率有何影响。
√
[解析]　(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。
(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确。
(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到的波的频率最低，即B选项正确。
规律方法　多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(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，则发生多普勒效应；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；当两者靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率均不变。
【典例2】　(由多普勒效应判断频率变化)春节假期，小明坐在沙发上用电视机观看某科幻电影，情节紧张刺激、扣人心弦，与此同时，来访的亲友快步向客厅走来，小明的家长快步前去迎接，对于电视机发出的声音，小明听到的声音频率为f1，来访的亲友听到的声音频率为f2，小明的家长听到的声音频率为f3，则下列说法正确的是(　　)
A．f1>f2>f3 　 B．f2>f3>f1
C．f2>f1>f3 　 D．f3>f2>f1
√
C　[设电视机发出声音的频率为f0，由题意可知小明相对于电视机静止不动，则有f1＝f0，来访的亲友相对在靠近电视机，根据多普勒效应可知f2>f0, 小明的家长相对在远离电视机，根据多普勒效应可知f3f1>f3，故选C。]
1．测量汽车速度：交通警察向行进中的车辆发射____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流____后又被仪器接收，测出反射波的________，就能知道血流的速度。
知识点二　多普勒效应的应用
频率
反射波
频率变化
频率
静止
频率
反射
频率变化
【思考讨论】　利用如图所示的卫星跟踪站，人们可以跟踪人造地球卫星。
问题1　人们怎样利用卫星跟踪站观测卫星？
提示：一旦卫星经过跟踪站上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小，人们根据接收到的信号频率变化来观察卫星。
问题2　人们发现星球光谱的频率在变小，说明什么问题？
提示：说明星球正在远离地球。
【典例3】　(多普勒效应的应用)(多选)下面实例中利用了多普勒效应的是(　　)
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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去
√
√
√
ABD　[利用光波的多普勒效应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；铁路工人根据铁轨振动的强弱而非频率的高低来对列车的运动做出判断，C选项错误；炮弹飞行时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，D选项正确。]
应用迁移·随堂评估自测
1．(多选)关于下列图中的物理现象，描述正确的是(　　)
A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，传播方向改变，属于波的反射现象
B．乙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象
C．丙图，用竹竿举着蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应
D．丁图，水波穿过障碍物间的狭缝后，形成明暗相间的条纹，属于波的干涉现象
√
√
BC　[题图甲中水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，故A错误；题图乙中两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，故B正确；题图丙中，用竹竿举着蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，故C正确；题图丁中，水波穿过障碍物间的狭缝后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，故D错误。故选BC。]
2．(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学感受到声音变化的说法正确的是(　　)
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
√
√
AD　[由题图可知，女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就在靠近声源，根据多普勒效应，她接收到的哨声频率变高，音调变高；反之女同学向左运动时，她感受到音调变低，A、D正确，B、C错误。]
3．如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f 的声波，车左侧A处静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处静止的人感受到的声波的频率为f2，则(　　)
A．f1＜f，f2＜f　　 B．f1＜f，f2＞f
C．f1＞f，f2＞f 　 D．f1＞f，f2＜f
√
D　[由题意可知，声源靠近A处的人，由多普勒效应可知，A处的人接收到声波的频率变大，即f1>f；同理可知B处的人接收到声波的频率变小，即f2回归本节知识，完成以下问题：
1．为什么会产生多普勒效应现象？
提示：观察者与波源存在相对运动。
2．发生多普勒效应时，波源的频率发生变化了吗？
提示：没有变化。
3．多普勒效应的产生与观察者距波源的远近有关吗？
提示：无关。
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在
阅读材料·拓展物理视野
很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家威廉·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们的速度)，得出了46 km/s 的速度值。
问题
1．多普勒效应是什么现象？
提示：当波源与观察者发生相对运动时，接收到的波的频率发生改变的现象。
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
提示：没有。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
?题组一　多普勒效应
1．在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　)
①雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
②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
③观察者听到远去的列车发出的汽笛声音调变低
④天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化
A．①②③　B．①②④　C．①③④　D．②③④
课时分层作业(十五)　多普勒效应
D　[①看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，是光和声音在空气中的传播速度不同造成的，故①错误；②探测器接收到的超声波频率发生变化，是由于血液发生流动，探测器与血液的观测点的距离发生变化，可以用多普勒效应解释，故②正确；③观察者听到远去的列车发出的汽笛声音调变低是由于列车与观察者的距离发生变化，可以用多普勒效应解释，故③正确；④观察者与双星的距离发生变化，接收到的频率发生变化，产生周期性变化的光谱，属于多普勒效应，故④正确。故选D。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
2．(多选)让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每分钟有30人与观察者相遇，如果观察者以小于队伍行进的速度顺着队伍行走，每分钟有20人与观察者相遇，下列关于这一实例的分析正确的是(　　)
A．如果观察者逆着队伍行走，每分钟与观察者相遇的人数将大于30人
B．该实例与多普勒效应原理相同
C．多普勒效应的本质是波源的频率发生了变化
D．“隔墙有耳”是多普勒效应
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
AB　[如果观察者逆着队伍行走，根据运动的相对性可知每分钟与观察者相遇的人数将大于30人，故A正确；波在介质中传播时频率不变，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感觉到(或仪器设备接收到)的频率发生了变化，这样就形成了多普勒效应，故B正确，C错误；“隔墙有耳”属于波的衍射现象，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
3．(多选)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．振针向右移动
B．振针向左移动
C．在A处的观察者接收到的水波频率比振针的振动频率小
D．在A处的观察者接收到的水波频率比振针的振动频率大
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
AC　[振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者时，水波波长变长，观察者接收到的频率比振针的振动频率小，故A、C正确。]
4．在t＝0时刻，汽车甲与乙分别距十字路口O处的距离为x甲和x乙。两车分别以速率v甲和v乙沿水平的相互正交的公路匀速前进，如图所示。汽车甲持续地以固定的频率f0鸣笛，则下列说法正确的是(已知声速为u，且有u>v甲、u>v乙)(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．当两车均向O运动(在到达O之前)时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率低
B．当两车均向O运动(在到达O之前)时，汽车乙的司机接收到的频率可能等于波源发出的频率
C．当两车均向远离O的方向运动时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率低
D．当两车均向远离O的方向运动时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率高
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C　[根据多普勒效应可知，当两车均向O运动(在到达O之前)时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率高；当两车均向远离O的方向运动时，汽车乙的司机接收到的频率一定比波源发出的频率低，故A、B、D错误，C正确。]
√
5．如图所示，一频率为600 Hz的声源以一定角速度绕圆心O点做匀速圆周运动一圈。某观察者站在离圆心O很远的P点观察。若观察者接收到的声音频率小于600 Hz, 则可能是声源在图中哪点发出的(　　)

A．A点　　B．B点　　C．C点　　D．D点
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C　[根据多普勒效应，当声源向观察者靠近时，观察者接收到的声音频率高于声源的频率；当声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率低于声源的频率。把速度方向标出来，A点有接近的趋势，频率变高；C点有远离的趋势，频率变低；B、D点速度垂直PO，频率不变，故选C。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
?题组二　多普勒效应的应用
6．平直公路上汽车正在匀速远离时，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图像如图所示，其中正确的是(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D　[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，汽车反射波的频率应该小于发出波的频率，D正确。]
A　　　　　　B
C　　　　　　D
√
√
7．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20 000 Hz，能持续1 ms或不到1 ms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39 000 Hz，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．墙壁接收到的蝙蝠的超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．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．蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C　[由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的超声脉冲频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到的墙壁反射的超声脉冲频率大于墙壁接收的超声脉冲频率，故选C。]
8．汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是自适应巡航控制，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，再通过回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．当f＝f ′时，表明前车一定处于静止状态
C．当f ′>f 时，表明前车相对无人车在加速行驶
D．当f ′√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A　[当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的波的频率和波源的频率相等，故当f＝f ′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定静止，A正确，B错误；当f ′＞f 时，无人车接收到的波的频率增大，说明两车距离减小，表明前车相对无人车在减速行驶，C错误；当f ′题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
9．(多选)如图所示，小球P一边贴着水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动，x＝0处是它的初始位置，图示为恰经10个周期时观察到的水面波。则下列说法正确的是(　　)
A．位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz
B．位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz
C．水面波的传播速度是0.2 m/s，小球匀速移动的速度是0.1 m/s
D．水面波的传播速度是0.4 m/s，小球匀速移动的速度是0.2 m/s
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
10．正在报警的警钟每隔0.5 s响一声，声波在空气中的传播速度v＝340 m/s，警钟已响了很久，求在t＝5 min内：
(1)如果警钟不动，某人乘坐速度u＝20 m/s的汽车向警钟接近，能听到几次钟响？
(2)如果某人不动，汽车带着警钟以u＝20 m/s的速度向人接近，人能听到几次钟响？
(3)如果人和警钟都以u＝20 m/s的速度相互接近或远离，人分别能听到几次钟响？
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
[答案]　(1)635次　(2)637次　(3)相互接近：675次　相互远离：533次

展开更多......

收起↑