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(共35张PPT)
3.5 多普勒效应
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第一册
第三章 机械波
追忆往昔
2、音调的高低与振动的频率有什么关系？
音调高 振动频率大
音调低 振动频率小
1、声音是如何产生的？
物体的振动
课堂引入
观察与聆听：看影像中交通工具，仔细听,注意除音量大小以外的变化？
现象：当火车、飞机、救护车响着喇叭疾驶而来的时候，听到的音调变高
当火车、飞机、救护车响着喇叭疾驶而去的时候，听到的音调变低
（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音低）
1、定义：因波源与观察者之间有相对运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象，称为多普勒效应。
一、多普勒效应
奥地利科学家多普勒
C.Doppler, 1803—1853
音调变化
声波的频率发生变化
说明
救护车波源鸣笛声的频率并没有变化
是观察者接收到的波的频率发生变化
救护车与观察者之间相对运动。
导致
究竟运动和频率的关系如何？
二、多普勒效应的解释
①波源振动的频率 f
波源每完成一次全振动，便向外发出一个波长的波；而波源的频率等于单位时间（如1S)内波源完成全振动的次数，所以波源振动的频率等于单位时间内波源向外发岀完整的波的个数。
②观察者接收到的频率 f′
对观察者来说，他接收到的波的频率等于他在单位时间内接收到的完整的波的个数。
1、当波源和观察者都不动时
结论：观察者接收到的波的频率f’等于波源的频率f。
产生原因
①波源与观察者相对静止时，单位时间内观察者接收到波的个数等于波源发出的波的个数，观察者观测到的频率等于波源的频率。f′=f
S
2、当波源不动，观察者以v0向波源运动时
观察者接收到的波的频率大于波源的频率。
②波源与观察者相互靠近时,单位时间内通过观察者的波的数目增加,观察者观测到的频率大于波源的频率。f′>f
S
产生原因
观察者接收到的波的频率小于波源的频率。
3、当波源不动，观察者以v0远离波源运动时
③波源与观察者相互远离时,单位时间内通过观察者的波的数目减少,观察者观测到的频率小于波源的频率。f′S
产生原因
观察者接收到的波的频率大于波源的频率。
4、如果观察者不动，波源向观察者运动
波源S发出球面波，每一波面的球心就是发出该波时波源所在的位置。当波源不运动时，波纹间距是均匀的；而当波源向右运动时，相当于波面的球心向右运动，波源右方的波面变得密集，波长变短；波源左方的波面变得稀疏，波长变长。因此，在波源右方的观察者，单位时间内接收到完整的波的个数就增多，即接收到的频率增大。
观察者接收到的波的频率小于波源的频率。
5、如果观察者不动，波源远离观察者运动
当波源向右运动时，波源右方的波面变得密集，波长变短；波源左方的波面变得稀疏，波长变长。因此，在波源左方的观察者，单位时间内接收到完整的波的个数就减少，即接收到的频率减少。
6、运动和频率的关系
波源的运动情况 观察者运动情况 频率的关系
波源静止 观察者静止 观察者接收频率 波源的频率
波源静止 观察者朝着波源运动
波源静止 观察者远离波源运动
波源朝着观察者运动 观察者静止
波源远离观察者运动 观察者静止
★
★
★
★
★
等于
大于
大于
小于
小于
S
S
总之，
（1）当波源与观察者没有发生相对运动时，观察者接收到的波的频率不变，即等于波源的频率；
（2）当波源与观察者有相对运动时：
如果二者相互接近，观察者接收到的频率大于波源的频率；
如果二者相互远离，观察者接收到的频率小于波源的频率。
光波、无线电波、微波等都能发生多普勒效应
多普勒效应是波共有的特征
注意：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．
针对训练1.如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，据图乙，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，她感觉哨声音调变低
B．女同学在从点C向左运动过程中，她感觉哨声音调变低
C．女同学在从点C向右运动过程中，她感觉哨声音调不变
D．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高
B
针对训练2 单音源发生器装置在小车上，其发音频率为f0。图1中小车沿一圆形跑道做匀速圆周运动，观察者甲静止于圆心处，测得频率为f1；图2中小车沿直线向左匀速运动，观察者乙静止于该直线上，丙在乙的右侧，观察者乙测得频率为f2，观察者丙测得频率为f3，则（　　）
A．
B．
C．
D．f1时而大于f0时而小于f0，
【正确答案】C
1.有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢。有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去。
三、多普勒效应的应用
2.利用多普勒效应测速
雷达测速仪：交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是红外线），波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度。
3.医用“彩超”
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。这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。
4.测量其它星系向着还是远离地球运动的速率
理论和实验都证明，光波或电磁波都有多普勒效应，多普勒效应在科学技术中也有着广泛的应用。宇宙中的星球都在不停地运动。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。
哈勃望远镜
拍摄星系
5.军事应用：脉冲多普勒雷达，多谱勒导航仪
中国的歼20第五代隐身战机
中国的武直19武装直升机
2.波源不动，观察者以速度u相对介质运动。
1.观察者与波源都静止,波速为v0:
a.观察者朝向波源运动
b.观察者远离波源运动
=fˊ
fˊ=
fˊ=
观察者运动时感受到的波速发生变化。
f=
=f
=f
接收的频率增大
接收的频率减小
四、多普勒效应的应用拓展
fˊ=
接收的频率增大
接收的频率减小
S
u
fˊ=
三、多普勒效应的应用拓展
3.波源运动,使观察者感受到的波长发生变化。
思考1:若波源运动的速度等于波传播的速度会怎么样？
波源速度趋于波速,所有波面在一点相切,接收频率趋于无穷大。
S
u
三、多普勒效应的应用拓展
思考2:若波源运动的速度大于波传播的速度会怎么样？
当波源在介质中的运动速度大于波在介质中的传播速度时，这时波源（物体）本身的运动会激起介质的扰动，激起另一种波，此时的运动物体充当了另一种波的波源，这种波是一种以运动物体的运动轨迹为中心
的一系列球面波。由于球面波的波速u比物体的运动
速度vs小，所以就会形成如下图的V形锥面波，这种
波叫做击波。击波的包络面成圆锥状，并称之为马赫锥。
三、多普勒效应的应用拓展
突破音障进入超音速后，从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来这股震波有如爆炸一般，故称为音爆或声爆 。
突破音速的瞬间
课堂小结
当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应.
当波源与观察者有相对运动时：
(1)如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；
(2)如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小。
测量其它星系向着还是远离地球运动的速率、彩色多普勒超声诊断系统、雷达测速仪、多谱勒导航仪等
应用
多普勒效应
波源运动的速度等于和大于波传播的速度
拓 展
S
u
【典例1】（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;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
典例分析
【正确答案】BC
【典例2】（多选）下列哪些现象属于多普勒效应(　　)
A．利用地球上接收到的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，根据接收到的电磁波频率发生的变化，就能知道汽车的速度，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就能判断飞行的炮弹是接近还是远去
【正确答案】ABD
【典例3】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电磁波，如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，说明那辆轿车的车速(　　)
A．高于100 km/h　　 B．低于100 km/h
C．等于100 km/h D．无法确定
【正确答案】A
【典例4】超声波是一种频率高于20000Hz的声波，波长很短，广泛应用于生活与生产实践．关于超声波及应用，下列说法中正确的是（　　）
A．在同种介质中，超声波的速度大于次声波的速度
B．超声波的频率越高衍射本领越强
C．高速公路上的测速仪发出超声波波长大于所接收波的波长，说明此时车正在靠近测速仪
D．“彩超”检查身体时，超声波迎着血液流动方向发射，仪器接收到的反射回波的频率低于其发射的超声波的频率
【正确答案】C
【典例6】如图所示，静止的雷达测速仪a发射频率为f0的超声波，该超声波被迎面驶来的汽车b反射后，又被a接收到。则（　　）
A．a接收到b的反射波频率等于f0
B．a的发射波与b的反射波相遇会发生干涉
C．反射波在空气中的传播速度与b运动速度有关
D．a根据接收到的反射波的频率可确定b的速度
【正确答案】D
【典例7】（多选）如图甲所示，女同学站立不动吹口哨，一位小女孩坐在秋千上来回摆动，据图乙，下列关于小女孩的感受的说法正确的是（　　）
A．小女孩从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高
B．小女孩从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高
C．小女孩在点C向右运动时，她感觉哨声音调不变
D．小女孩在点C向左运动时，她感觉哨声音调变低
【正确答案】AD
【典例8】（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处是它初始位置。图示为恰经10个周期时观察到的水面波。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5Hz
B．位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率大于5Hz
C．水面波的传播速度是0.2m/s，小球匀速移动的速度是0.1m/s
D．水面波的传播速度是0.4m/s，小球匀速移动的速度是0.2m/s
【正确答案】AC

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