资源简介

5　多普勒效应
课后·训练提升
基础巩固
一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)
1.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
答案C
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。
2.a为声源,发出声波,b为接收者,接收a发出的声波。若a、b沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声速)。以下说法正确的是(　　)
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
答案D
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,故选项A错误,D正确。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收到的声频与a发出的频率关系不确定,故选项B、C错误。
3.上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端,然后使蜂鸣器迅速水平旋转,蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化,下列判断正确的是(　　)
A.旋转时蜂鸣器发出的频率变化了
B.由于旋转,改变了同学们听到的声音频率
C.蜂鸣器音调变高时,一定是向远离观察者的方向运动
D.音调的忽高忽低是由波的干涉造成的
答案B
解析旋转过程中,声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近,有时远,发生多普勒效应,选项D错误;蜂鸣器发出声波的频率不变,只是同学们听到的声音频率变化了,选项A错误,B正确;当蜂鸣器远离观察者时,听到声音的频率变小,即音调变低,选项C错误。
二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)
4.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时,它利用超声脉冲导航,这种超声脉冲的频率高于20 000 Hz,能持续1 ms或不到1 ms,且每秒重复发射数次。已知蝙蝠在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑捕食的过程中,发出的超声波频率为35 000 Hz,下列说法正确的是(　　)
A.蝙蝠发出的超声波属于电磁波
B.结合上图可知超声波频率比微波频率要高
C.超声波反射前后波速大小相等
D.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于蝙蝠发出的频率
答案CD
解析蝙蝠发出的超声波属于机械波,故选项A错误;超声波频率为35000Hz,结合题图可知微波频率ν=Hz=3×106Hz,超声波频率比微波频率要低,故选项B错误;机械波的波速由介质决定,超声波反射前后波速大小相等,故选项C正确;根据多普勒效应可知,蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于蝙蝠发出的频率,故选项D正确。
5.关于多普勒效应,下列说法正确的是(　　)
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
答案BD
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,选项A错误,B正确。若观察者远离波源,波源发出的频率也不变,选项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,选项D正确。
6.下列选项与多普勒效应有关的是(　　)
A.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
C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、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
答案BD
解析当观察者与测量对象无相对运动时,不发生多普勒效应,选项A、C错误;当观察者与测量对象相对运动时,发生多普勒效应,根据接收频率的变化可以进行测速,选项B、D正确。
7.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,下列关于女同学的感受的说法正确的是 (　　)
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
答案AD
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。
三、非选择题
8.正在报警的警钟每隔0.5 s响一声。一个人正坐在以60 km/h的速度向着警钟行驶的车中。已知声音在空气中的速度为330 m/s,则这个人在每分钟内能听到几声警钟
答案126
解析先设空气中声速为v0,在时间T内传播的距离s0=v0T(T为报警周期)
如果人以v的速度向声源运动,则声波在时间t内相对于人行进的距离为s2=(v0+v)t
人听到的钟声次数为n==126。
能力提升
一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)
1.一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比(　　)
A.波速变大 B.波速不变
C.频率变低 D.频率不变
答案B
解析波速由介质决定,所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比波速不变,选项A错误,B正确;渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,根据声音的多普勒效应,声源移向观察者时接收频率变高,所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高,选项C、D错误。
2.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,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。汽车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,表明前车一定做匀速直线运动
B.当f'=f时,表明前车一定处于静止状态
C.当f'>f时,表明前车正在减速行驶
D.当f'答案C
解析当声源和观察者之间的距离不变化时,观察者接收到的频率和声源发出的频率相等,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,但不一定做匀速直线运动,也不一定静止,故选项A、B错误;当f'>f时,说明接收到的频率增大,说明两车距离减小,表明前车在减速行驶,故选项C正确;当f'3.由于行星自身不发光,所以我们很难直接在其他恒星周围找到可能存在的系外行星,天文学家通常都采用间接的方法来侦测太阳系外的行星,视向速度法是目前为止发现最多系外行星的方法。行星自身的质量使得行星和恒星围绕着它们共同的质量中心在转动,在地球上用望远镜就有可能看到行星引力对于恒星的影响。在视线方向上,恒星受行星引力作用,时而远离时而靠近我们,这种细微的摇摆表现在光谱上,就会造成恒星光谱不断地红移和蓝移。我们称这种探测系外行星的方法为视向速度法。结合以上信息,下列说法正确的是(　　)
A.在绕着共同的质量中心转动的恒星和行星组成的双星系统中,恒星和行星做圆周运动的线速度大小一定相等
B.在绕着共同的质量中心转动的恒星和行星组成的双星系统中,由于恒星质量大,转动半径小,所以恒星做圆周运动的周期比行星的周期小
C.若某恒星在靠近我们,该恒星发出光的频率将变高,因此接收到的频率就会变高,即恒星光谱会出现蓝移
D.若某恒星在远离我们,该恒星发出光的频率不变,但我们接收到的频率会比它发出时的频率低,即恒星光谱会出现红移
答案D
解析双星间的万有引力提供它们各自圆周运动的向心力,则恒星和行星做圆周运动的角速度大小相等,周期相同,则G=m1ω2r1,G=m2ω2r2,可得,由于恒星与行星质量不同,则轨道半径不同,由公式v=ωr可知,恒星和行星做圆周运动的线速度大小不同,故选项A、B错误;根据多普勒效应可知,若某恒星在靠近我们,该恒星发出光的频率不变,但我们接收到的频率会比它发出时的频率高,即恒星光谱会出现蓝移,故选项C错误;根据多普勒效应可知,若某恒星在远离我们,该恒星发出光的频率不变,但我们接收到的频率会比它发出时的频率低,即恒星光谱会出现红移,故选项D正确。
二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)
4.下图表示产生机械波的波源P做匀速运动的情况,图中圆表示波峰,已知波源的频率为f0,则下列说法正确的是 (　　)
A.观察者在图中A点接收波的频率是定值,但大于f0
B.观察者在图中A点接收波的频率是定值,但小于f0
C.观察者在图中B点接收波的频率是定值,但大于f0
D.观察者在图中B点接收波的频率是定值,但小于f0
答案BC
解析当波源和观察者间距变大,观察者接收到的频率一定比波源频率低,故其频率小于f0;当波源和观察者间距变小时,观察者接收到的频率一定比波源频率高,故其频率大于f0。故选项A、D错误,B、C正确。
三、非选择题
5.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v=50 m/s。为了接收信号,在x=400 m处设有一接收器(图中未标出)。已知t=0时,波的波形图如图所示(波刚好传播到x=40 m处的A点),则在t=0.9 s时A点已运动的路程为　　　　　 cm;接收器在t=　　　　　 s时才能接收到此波;若波源向x轴负方向移动,则接收器接收到的波的频率将　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)波源的频率。
答案36　7.2　小于
解析由题图可知,波的波长λ=20m,波的周期T==0.4s,因为t=0.9s=2T,A点已运动的路程为s=36cm。接收的时间t=s=7.2s。根据多普勒效应可知,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波源的频率。
6.生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆,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,无线电波也具有这种效应。图中的测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。由于车辆的运动,接收的无线电波频率与发出时不同,利用频率差(f接收-f发出)就能计算出车辆的速度。已知发出和接收的频率间关系为f接收=f发出,式中c是真空中的光速,若f发出=2×109 Hz,f接收-f发出=400 Hz,可知被测车辆的速度大小为　　　　 m/s。
答案30
解析由题给出的信息可知f接收=f发出,f接收-f发出=400Hz,代入数据可得2×109Hz+400Hz=×2×109Hz,解得v车=30m/s。
7.以速度v0=20 m/s奔驰的火车,鸣笛声频率为275 Hz,已知常温下空气中的声速v=340 m/s。
(1)当火车驶来时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少
(2)当火车驶去时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少
答案(1)292 Hz　(2)260 Hz
解析(1)f'=·f=×275Hz=292Hz。
(2)f″=·f=×275Hz=260Hz。(共34张PPT)
5　多普勒效应
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随 堂 训 练
素养·目标定位
目 标 素 养
1.知道什么是多普勒效应,知道它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象,形成正确的物理观念。
2.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别,培养科学思维能力。
3.了解多普勒效应的一些应用,培养学生观察生活,掌握知识,运用知识的能力。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、多普勒效应
1.定义:波源与观察者相互靠近或者相互远离时,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.多普勒效应产生的原因。
(1)当波源与观察者相互接近时,单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,观测到的频率大于波源的频率,即观察到的频率增加。
(2)当波源与观察者相互远离时,观察到的频率变小。
微思考火车进站和出站时,坐在火车上的乘客能感受到汽笛的音调发生变化吗,为什么 路旁的人呢
提示:坐在火车上的乘客不能感受到汽笛音调的变化,因为声源相对听者是静止的,路旁的人能感受到汽笛音调发生变化,是因为声源相对听者是运动的。
二、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.测血液流速:医生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。
3.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,就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
微训练(多选)下面哪些应用利用了多普勒效应(　　)
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动速度
B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的超声波,超声波被运动的汽车反射回来,根据接收到的超声波的频率发生的变化,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声音判断飞行炮弹是接近还是远去
答案:ABD
解析:利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对于地球运动的速度,故选项A正确;被反射的超声波,相当于一个运动的物体发出的超声波,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,故选项B正确;铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运行情况,是利用声音在固体中传播得快的特点,与多普勒效应无关,故选项C错误;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,故选项D正确。
课堂·重难突破
一 多普勒效应的理解
重难归纳
1.波源频率。
波源完成一次全振动,向外发出一个波长的波,称为一个完全波。频率表示完成的全振动的次数与所用时间的比值。因此波源的频率又等于波源发出的完全波的个数与所用时间的比值。
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。
5.相对位置变化与频率的关系(规律)。
多普勒效应的发生,是因为波源在运动时产生波的频率发生变化了吗
提示: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。
典例剖析
(多选)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,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300 Hz
B.当汽车向你驶来时,听到喇叭声音的频率小于300 Hz
C.当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率大于300 Hz
D.当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率小于300 Hz
答案:AD
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完全波个数增多,频率升高,将大于300 Hz,故选项A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完全波个数减少,频率降低,将小于300 Hz,故选项D正确。
规律总结
对波源频率和接收频率的理解
学以致用
(多选)关于多普勒效应,下列说法正确的是(　　)
A.当波源与观察者间距离发生变化时,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
答案:AB
解析:当波源与观察者间距离发生变化时,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,即选项A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,相当于两者都静止,不会发生多普勒效应,故选项B正确,D错误;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,故选项C错误。
二 多普勒效应的应用
重难归纳
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,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。
警车鸣笛从你身边飞速驶过,对于警车向你靠近和警车远离的过程,你会听到警笛的声音在变化。
(1)你听到警笛的音调有何不同
(2)实际上警笛的音调会变化吗
(3)听到音调发生变化的原因是什么
提示:(1)警车驶来时,音调变高;警车远离时音调变低。(2)实际上警笛的音调不会变化。(3)警车与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增大;两者如果相互远离,观察者接收到的频率减小,因此会感觉警笛音调变化。

典例剖析
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)巡警车接收到的超声波频率比发出的低属于(　　)
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
答案:(1)C　(2)超速
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轿车后面,所以轿车车速比巡警车车速大,故该轿车超速。
学以致用
自动驾驶汽车配置了超声波、激光、无线电波雷达和光学相机组成的传感探测系统,当汽车与前方车辆距离减小到安全距离时,系统会执行减速指令。若汽车静止时发出的超声波频率为4.0×104 Hz,空气中声速为340 m/s,则该超声波的波长为　　　　 m。汽车以大于前方汽车速度的速度行驶时接收到被前方汽车反射的超声波频率　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)汽车发出的频率。
答案:8.5×10-3　大于
解析:该超声波的波长为λ= =8.5×10-3 m。汽车行驶时,两辆汽车之间的距离减小,根据多普勒效应可知,接收到被前方汽车反射的超声波频率大于汽车发出的频率。
随 堂 训 练
1.(多选)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.飞机迎面飞来,声音刺耳
C.火车向你驶来时,音调变高;驶离你而去时,音调变低
D.大风中,远处人的说话声时强时弱
答案:BC
解析:A项和D项中所说的现象是能量传播的问题,不是多普勒效应,B、C两项所发生的现象是多普勒效应。
2.(多选)右图是一波源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,波的频率较小
D.在b处观察,波的频率较小
答案:AD
解析: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,故选项A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。
3.(多选)关于多普勒效应,以下说法正确的是(　　)
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
答案:BD
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,故选项B、D正确,A、C错误。
4.下图分别反映了飞机以三种速度在空中(不考虑空气的流动)水平飞行时,产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况,A表示飞机的位置。请你利用给出的图,确定飞机飞行速度最大的是　　　　(选填“甲”“乙”或“丙”)。
答案:丙
解析:飞行速度最大的是丙图中飞机,对于丙图,飞机飞行速度大于声波的速度。

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