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第三章 机械波
课时3.5 多普勒效应
1.通过模拟演示，理解多普勒效应的形成原因。
2.通过控制变量法，能够定性分析观察者接收的波的频率的变化情况。
3.通过阅读教材，掌握多普勒效应的应用。
一、多普勒效应
1．定义：波源与观察者相互靠近或者远离时，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大于波源的频率，即观察到的频率变大．
(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小．
二、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对照，可得星球的速度．
(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．
基础过关练
题组一　对多普勒效应的理解
1.(多选)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.机械波和电磁波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
2.当波源远离观测者时，观测者所接收到的频率f'和波源振动的频率f的关系为 (　　)
A.f'=f　　　B.f'f　　　D.无法确定
3.平直公路上，汽车正在匀速远离，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，能正确反映被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化情况的图像是 (　　)
4.a为声源，发出声波。b为接收者，接收a发出的声波。若a、b在沿着两者连线的方向运动(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接收到的声波的频率一定比a发出的低
B.若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低
C.若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高
D.若a静止，b向a运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高
题组二　多普勒效应的应用
5.(多选)下列哪些现象属于多普勒效应 (　　)
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，远处的人说话的声音时强时弱
6.(多选)如图所示，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.振针在向右移动
B.振针在向左移动
C.在A处的观察者，接收到的水波频率变小
D.在A处的观察者，接收到的水波频率变大
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.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
8.汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，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，再通过因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，接收到的回波的频率为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，表明前车在加速行驶
D.当f'9.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，反射回的超声波频率应怎样变化？
答案全解全析
基础过关练
1.BD　多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A错误，B正确。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D正确，C错误。
2.B　波源远离观测者的过程中，观测者接收到的波的频率比波源振动的频率小，即f'3.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，故接收到的反射波的频率应该小于发出的波的频率，故选D。
4.D　判断b接收到的声波的频率与声源频率的高低关系，关键是看声源a与接收者b之间的距离如何变化，若远离，则b接收到的声波的频率比a发出的低，若靠近，则b接收到的声波的频率比a发出的高，故A错，D对。当a、b向同一方向运动时，两者之间的距离可变大、可变小、可不变，故b接收到的声波的频率与a发出的声波的频率的关系不确定，故B、C错。
5.BC　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，观察者听到的音调会变化，B、C符合题意；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项不属于多普勒效应，故选择B、C。
方法技巧
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，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。注意波源的频率不变。
6.AC　振针前进方向上的水波变得密集，在其移动反方向的水波变得稀疏，因此振针在向右移动；波源远离观察者时，观察者接收到的频率变小，故A、C正确。
7.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，蝙蝠接收到的墙反射的超声脉冲频率大于墙接收的超声脉冲频率，故选C。
8.A　当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和波源发出的频率相等，故当f=f'时，说明两者之间的距离不变，表明前车与无人车的速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误；当f'>f时，接收到的频率增大，说明两车之间的距离减小，表明前车在减速行驶，故C错误；当f'时，接收到的频率减小，说明两车之间的距离增大，表明前车在加速行驶，故D错误。A。
9.答案　(1)C　(2)见解析　(3)见解析
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比发出的低，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，可判断轿车的车速比巡警车的车速大，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超声波频率应比发出的高。

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