资源简介

(共42张PPT)
第4节　多普勒效应及其应用
[定位·学习目标]　
1.知道多普勒效应这种现象,了解多普勒效应的产生原因。2.能运用多普勒效应解释一些物理现象。
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一　多普勒效应
1.多普勒效应
因波源与观察者之间有相对运动,从而使观察者接收到的波的 发生变化的现象。它是奥地利科学家 发现的。
频率
多普勒
2.产生原因
(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 。
(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的波的频率 。
(3)当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的波的频率 。
不变
增大
减小
知识点二　多普勒效应的应用
1.用多普勒测速仪测定汽车的行驶速度。
2.用彩色超声多普勒诊断仪测心脏跳动、血流快慢。
3.利用电磁波的多普勒效应跟踪目的物(如导弹、云层等)。
「新知检测」
1.思考判断[正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)多普勒效应是在1842年由奥地利物理学家多普勒发现的。(　 　)
(2)发生多普勒效应时,波源的频率发生了变化。(　 　)
(3)当观察者向波源做减速运动时,观察者接收到的频率变小。(　 　)
(4)当观察者远离波源做加速运动时,观察者接收到的频率变大。(　 　)
(5)当波源和观察者向同一个方向运动时,一定发生多普勒效应。(　 　)
√
×
×
×
×
2.思维探究
(1)火车进站和出站时,坐在火车上的乘客,能听到汽笛的音调发生变化吗 路旁的人呢
【答案】 (1)坐在火车上的乘客听到汽笛声未变,是因为声源相对听者是静止的,路旁的人听到汽笛音调发生变化,是因为声源相对听者是运动的。
(2)一艘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渔船发出的超声波相比,其频率如何变化 请说明理由。
【答案】 (2)频率变高。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。
突破·关键能力
要点　对多普勒效应的理解及分析
在学校实验室里,请老师帮助把1 kHz左右的音频信号用手机录下来,把手机用绳子悬吊在门框的横梁上,播放音频信号,让手机前后摆动起来。你听到声音怎样变化
「情境探究」
【答案】 当手机向你摆来时音调变高,远离你时音调变低。
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。
「要点归纳」
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和观察者相对静止 f观察者=f波源,音调不变
波源S不动,观察者运动,由A→B或 A→C 若靠近波源,由 A→B,则f观察者>f波源,音调变高;若远离波源,由A→C,则
f观察者观察者不动,波源S运动,由S→S2 f观察者>f波源,音调变高
角度1　对多普勒效应的理解
[例1] 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
D
【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)波源正在移向　　　　。
A.A点 B.B点
C.C点 D.D点
A
【解析】 (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)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
B
【解析】 (3)由于波源远离B点,由题图分析可知在B点观察到波的频率最低,即B选项正确。
[针对训练1] 频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度,v表示声波的速度(uA.f增大,v增大 B.f增大,v不变
C.f不变,v增大 D.f减小,v不变
B
【解析】 由于声波的速度只由介质决定,故v不变,根据多普勒效应可知,当声源靠近时,接收器接收到的频率f增大,故B正确。
角度2　多普勒效应的应用
[例2] 轮船在进港途中与港口间的距离随时间变化规律如图所示,则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项图中的(　　)
A B C D
A
【解析】 轮船匀速靠近港口的过程中,测到的频率不随时间变化,但速度大时,频率大,由x-t图像可知,轮船靠近港口时三段时间内的速度关系为v1>v3>
v2,可知f1>f3>f2,A符合题意,B、C、D不符合题意。故选A。
[针对训练2] 汽车无人驾驶技术常用的是自适应巡航控制系统(ACC),该系统使用的传感器主要是毫米波雷达,该雷达可以发射和接收调制过的无线电波。如图所示,无人驾驶汽车与前车沿同一道路同一方向做匀速直线运动,无人驾驶汽车上的雷达发射和接收的无线电波的频率分别为f和f′,则下列说法不正确的是(　　)
A.无人驾驶汽车与前车都静止时,f′一定等于f
B.无人驾驶汽车速度等于前车的速度时,f′一定等于f
C.无人驾驶汽车速度大于前车的速度时,f′一定小于f
D.无人驾驶汽车速度小于前车的速度时,f′一定小于f
C
【解析】 根据多普勒效应可知,无人驾驶汽车与前车都静止时,f′一定等于f,故A正确,不符合题意;无人驾驶汽车速度等于前车的速度时,f′一定等于f,故B正确,不符合题意;无人驾驶汽车速度大于前车的速度时,两车靠近,根据多普勒效应可知,f′一定大于f,故C错误,符合题意;无人驾驶汽车速度小于前车的速度时,两车远离,根据多普勒效应可知,f′一定小于f,故D正确,不符合题意。
观察者向波源靠近时,波源频率不变,但观察者接收到的频率增大,即音调升高;反之,观察者与波源远离时,观察者接收到的频率减小、音调降低。
·规律方法·
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
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。
[示例] (双选)如图甲所示,a同学站立不动吹口哨,b同学坐在秋千上来回摆动,下列关于b同学的感受的说法正确的是(　 　)
A.b同学从A向B运动过程中,他感受哨声音调变高
B.b同学从E向D运动过程中,他感觉哨声音调变高
C.b同学在C点向右运动时,他感觉哨声音调不变
D.b同学在C点向左运动时,他感觉哨声音调变低
AD
【解析】 b同学荡秋千的过程中,只要他有向右的速度,他就在靠近声源,根据多普勒效应,他就能感受到哨声音调变高;反之,b同学向左运动时,他感受到音调变低,选项A、D正确,B、C错误。
「科学·技术·社会·环境」
多普勒效应的发现
虽然不像苹果砸到牛顿头上,激发“万有引力”的灵感那么神奇,多普勒效应也是一个偶然的发现。1842年的一天,奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家正路过铁路交叉处,恰逢一列火车从他身旁驶过,他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变尖,而火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣,并进行了研究。
他发现这是由于波源与观察者之间存在着相对运动,使观察者听到的声音频率不同于波源频率,这就是频移现象。当声源离观测者而去时,音调变得低沉,当声源接近观测者时,音调就变高,后人把这种现象称为“多普勒效应”。
[示例] 正在铁路边工作的工人,听到一列火车的汽笛声音调越来越高,这种现象在物理学中叫　　　　　　　,由此可判断这列火车正在　　　　(选填“背离”或“向着”)他行驶。此现象中工人接收到的频率　　　　 (选填
“大于”“等于”或“小于”)火车鸣笛发出的频率。
多普勒效应
向着
大于
【解析】 工人听到一列火车的汽笛声音调越来越高,这种接收到的频率与声源发出的频率不同的现象在物理学中叫多普勒效应。当观察者和声源相互靠近时,观察者接收到的频率大于声源发出的频率,工人听到汽笛声的音调越来越高,说明火车正在向着他行驶。
检测·学习效果
1.下列物理现象:①闻其声而不见其人;②当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到音调变高。这两种现象分别属于声波的(　　)
A.衍射、多普勒效应
B.干涉、衍射
C.共振、干涉
D.衍射、共振
A
【解析】 闻其声而不见其人,是声波绕过障碍物而传播过来的,属于声波的衍射,而当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到音调变高,是属于多普勒效应,所以A正确,B、C、D错误。
2.关于多普勒效应的叙述,下列说法正确的是(　　)
A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
B.产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动
C.甲、乙两车相向行驶,两车均鸣笛,且发出的笛声频率相同,乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率
D.波源静止时,不论观察者是静止的还是运动的,观察者听到的笛声频率都是相同的
B
【解析】 产生多普勒效应的原因是观察者与波源之间发生了相对运动,使观察者接收到的波的频率与波源频率不相同,故A、D错误,B正确;当观察者与波源靠近时,观察者接收到的波的频率变大,乙车中乘客听到的甲车笛声频率应大于听到的乙车笛声频率,故C错误。
3.(双选)老师把发出固定频率声音的蜂鸣器固定在竹竿上,举起并在头顶做圆周运动。如图,在蜂鸣器从A转动到B的过程中,下列说法正确的是
(　 　 )
A.甲同学听到蜂鸣器声音的频率在增大
B.甲同学听到蜂鸣器声音的频率在减小
C.乙同学听到蜂鸣器声音的频率在增大
D.乙同学听到蜂鸣器声音的频率在减小
BC
【解析】 蜂鸣器从A转动到B的过程中,蜂鸣器远离甲而靠近乙,根据多普勒效应可知,甲同学听到蜂鸣器声音的频率在减小,乙同学听到蜂鸣器声音的频率在增大,故B、C正确,A、D错误。
4.(双选)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
BD
【解析】 A、C项利用的是波的反射,故A、C错误;当观察者与测量对象相对运动使距离变化时,发生多普勒效应,我们可以根据接收频率的变化来测速,故B、D正确。
5.动车组进站时的鸣笛声较静止时更为尖锐,其原因是:列车驶向人时,单位时间内人接收的声波数　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)列车静止时的,导致人接收到声音的频率　　　,声音传波的速度　　　　。
大于
变大
不变
【解析】 根据多普勒效应可知,列车驶向人时,单位时间内人接收的声波数大于列车静止时的,导致人接收到声音的频率变大,声音传播的速度不变。
感谢观看第4节　多普勒效应及其应用
[定位·学习目标]　1.知道多普勒效应这种现象,了解多普勒效应的产生原因。2.能运用多普勒效应解释一些物理现象。
探究新知
知识点一　多普勒效应
1.多普勒效应
因波源与观察者之间有相对运动,从而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象。它是奥地利科学家多普勒发现的。
2.产生原因
(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。
(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的波的频率增大。
(3)当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的波的频率减小。
知识点二　多普勒效应的应用
1.用多普勒测速仪测定汽车的行驶速度。
2.用彩色超声多普勒诊断仪测心脏跳动、血流快慢。
3.利用电磁波的多普勒效应跟踪目的物(如导弹、云层等)。
新知检测
1.思考判断[正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)多普勒效应是在1842年由奥地利物理学家多普勒发现的。(　√　)
(2)发生多普勒效应时,波源的频率发生了变化。(　×　)
(3)当观察者向波源做减速运动时,观察者接收到的频率变小。(　×　)
(4)当观察者远离波源做加速运动时,观察者接收到的频率变大。(　×　)
(5)当波源和观察者向同一个方向运动时,一定发生多普勒效应。(　×　)
2.思维探究
(1)火车进站和出站时,坐在火车上的乘客,能听到汽笛的音调发生变化吗 路旁的人呢
(2)一艘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渔船发出的超声波相比,其频率如何变化 请说明理由。
【答案】 (1)坐在火车上的乘客听到汽笛声未变,是因为声源相对听者是静止的,路旁的人听到汽笛音调发生变化,是因为声源相对听者是运动的。
(2)频率变高。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。
要点　对多普勒效应的理解及分析
情境探究
在学校实验室里,请老师帮助把1 kHz左右的音频信号用手机录下来,把手机用绳子悬吊在门框的横梁上,播放音频信号,让手机前后摆动起来。你听到声音怎样变化
【答案】 当手机向你摆来时音调变高,远离你时音调变低。
要点归纳
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和观察者相对静止 f观察者=f波源,音调不变
波源S不动,观察者运动,由A→B或 A→C 若靠近波源,由 A→B,则f观察者>f波源,音调变高;若远离波源,由A→C,则f观察者观察者不动,波源S运动,由S→S2 f观察者>f波源,音调变高
角度1　对多普勒效应的理解
[例1] 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
【答案】 (1)D　(2)A　(3)B
【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点观察到波的频率最低,即B选项正确。
[针对训练1] 频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度,v表示声波的速度(uA.f增大,v增大 B.f增大,v不变
C.f不变,v增大 D.f减小,v不变
【答案】 B
【解析】 由于声波的速度只由介质决定,故v不变,根据多普勒效应可知,当声源靠近时,接收器接收到的频率f增大,故B正确。
角度2　多普勒效应的应用
[例2] 轮船在进港途中与港口间的距离随时间变化规律如图所示,则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项图中的(　　)
A B
C D
【答案】 A
【解析】 轮船匀速靠近港口的过程中,测到的频率不随时间变化,但速度大时,频率大,由x-t图像可知,轮船靠近港口时三段时间内的速度关系为v1>v3>v2,可知f1>f3>f2,A符合题意,B、C、D不符合题意。故选A。
[针对训练2] 汽车无人驾驶技术常用的是自适应巡航控制系统(ACC),该系统使用的传感器主要是毫米波雷达,该雷达可以发射和接收调制过的无线电波。如图所示,无人驾驶汽车与前车沿同一道路同一方向做匀速直线运动,无人驾驶汽车上的雷达发射和接收的无线电波的频率分别为f和f′,则下列说法不正确的是(　　)
A.无人驾驶汽车与前车都静止时,f′一定等于f
B.无人驾驶汽车速度等于前车的速度时,f′一定等于f
C.无人驾驶汽车速度大于前车的速度时,f′一定小于f
D.无人驾驶汽车速度小于前车的速度时,f′一定小于f
【答案】 C
【解析】 根据多普勒效应可知,无人驾驶汽车与前车都静止时,f′一定等于f,故A正确,不符合题意;无人驾驶汽车速度等于前车的速度时,f′一定等于f,故B正确,不符合题意;无人驾驶汽车速度大于前车的速度时,两车靠近,根据多普勒效应可知,f′一定大于f,故C错误,符合题意;无人驾驶汽车速度小于前车的速度时,两车远离,根据多普勒效应可知,f′一定小于f,故D正确,不符合题意。
观察者向波源靠近时,波源频率不变,但观察者接收到的频率增大,即音调升高;反之,观察者与波源远离时,观察者接收到的频率减小、音调降低。
模型·方法·结论·拓展
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。
[示例] (双选)如图甲所示,a同学站立不动吹口哨,b同学坐在秋千上来回摆动,下列关于b同学的感受的说法正确的是(　　)
A.b同学从A向B运动过程中,他感受哨声音调变高
B.b同学从E向D运动过程中,他感觉哨声音调变高
C.b同学在C点向右运动时,他感觉哨声音调不变
D.b同学在C点向左运动时,他感觉哨声音调变低
【答案】 AD
【解析】 b同学荡秋千的过程中,只要他有向右的速度,他就在靠近声源,根据多普勒效应,他就能感受到哨声音调变高;反之,b同学向左运动时,他感受到音调变低,选项A、D正确,B、C错误。
科学·技术·社会·环境
多普勒效应的发现
　　虽然不像苹果砸到牛顿头上,激发“万有引力”的灵感那么神奇,多普勒效应也是一个偶然的发现。1842年的一天,奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家正路过铁路交叉处,恰逢一列火车从他身旁驶过,他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变尖,而火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣,并进行了研究。他发现这是由于波源与观察者之间存在着相对运动,使观察者听到的声音频率不同于波源频率,这就是频移现象。当声源离观测者而去时,音调变得低沉,当声源接近观测者时,音调就变高,后人把这种现象称为“多普勒效应”。
[示例] 正在铁路边工作的工人,听到一列火车的汽笛声音调越来越高,这种现象在物理学中叫　　　　　　　,由此可判断这列火车正在　　　　(选填“背离”或“向着”)他行驶。此现象中工人接收到的频率　　　　 (选填“大于”“等于”或“小于”)火车鸣笛发出的频率。
【答案】 多普勒效应　向着　大于
【解析】 工人听到一列火车的汽笛声音调越来越高,这种接收到的频率与声源发出的频率不同的现象在物理学中叫多普勒效应。当观察者和声源相互靠近时,观察者接收到的频率大于声源发出的频率,工人听到汽笛声的音调越来越高,说明火车正在向着他行驶。
1.下列物理现象:①闻其声而不见其人;②当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到音调变高。这两种现象分别属于声波的(　　)
A.衍射、多普勒效应 B.干涉、衍射
C.共振、干涉 D.衍射、共振
【答案】 A
【解析】 闻其声而不见其人,是声波绕过障碍物而传播过来的,属于声波的衍射,而当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到音调变高,是属于多普勒效应,所以A正确,B、C、D错误。
2.关于多普勒效应的叙述,下列说法正确的是(　　)
A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
B.产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动
C.甲、乙两车相向行驶,两车均鸣笛,且发出的笛声频率相同,乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率
D.波源静止时,不论观察者是静止的还是运动的,观察者听到的笛声频率都是相同的
【答案】 B
【解析】 产生多普勒效应的原因是观察者与波源之间发生了相对运动,使观察者接收到的波的频率与波源频率不相同,故A、D错误,B正确;当观察者与波源靠近时,观察者接收到的波的频率变大,乙车中乘客听到的甲车笛声频率应大于听到的乙车笛声频率,故C
错误。
3.(双选)老师把发出固定频率声音的蜂鸣器固定在竹竿上,举起并在头顶做圆周运动。如图,在蜂鸣器从A转动到B的过程中,下列说法正确的是(　　)
A.甲同学听到蜂鸣器声音的频率在增大
B.甲同学听到蜂鸣器声音的频率在减小
C.乙同学听到蜂鸣器声音的频率在增大
D.乙同学听到蜂鸣器声音的频率在减小
【答案】 BC
【解析】 蜂鸣器从A转动到B的过程中,蜂鸣器远离甲而靠近乙,根据多普勒效应可知,甲同学听到蜂鸣器声音的频率在减小,乙同学听到蜂鸣器声音的频率在增大,故B、C正确,A、D错误。
4.(双选)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】 A、C项利用的是波的反射,故A、C错误;当观察者与测量对象相对运动使距离变化时,发生多普勒效应,我们可以根据接收频率的变化来测速,故B、D正确。
5.动车组进站时的鸣笛声较静止时更为尖锐,其原因是:列车驶向人时,单位时间内人接收的声波数　　 　　(选填“大于”“等于”或“小于”)列车静止时的,导致人接收到声音的频率　　 　,声音传波的速度　 　　　。
【答案】 大于　变大　不变
【解析】 根据多普勒效应可知,列车驶向人时,单位时间内人接收的声波数大于列车静止时的,导致人接收到声音的频率变大,声音传播的速度不变。
课时作业
1.关于多普勒效应,下列说法正确的是(　　)
A.多普勒效应是由波的干涉引起的
B.多普勒效应是由波源和观察者之间有相对运动而产生的
C.多普勒效应说明波源的频率发生了变化
D.只有波长较长的声波才可以产生多普勒效应
【答案】 B
【解析】 多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动而产生的,与波的干涉无关,故A错误,B正确;多普勒效应说明观察者与波源有相对运动时,接收到的波的频率会发生变化,但波源的频率不变,故不能说是波源的频率发生了变化,故C错误;多普勒效应是波的特有性质,与波长的大小无关,故D错误。
2.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等于300 Hz
【答案】 A
【解析】 根据多普勒效应可知,当汽车向你驶来时,听到喇叭声音的频率大于300 Hz,当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率小于300 Hz。故选A。
3.我国成功进行了多次高超声速导弹试验,目的是保持强大的威慑能力,有效遏制战争、保护自身安全。假设频率一定的点波源随导弹以超声速做匀速直线运动,且以相等的时间间隔向各个方向同时发出声波,图中各圆形均表示点波源振动产生的波面。关于该过程,下列图中正确的是(　　)
【答案】 D
【解析】 A选项表示波源静止,波面以声波的速度向外传播,A不符合题意;B选项表示波面以声波的速度向外传播,波源向右运动的速度小于声波的速度,B不符合题意;C选项表示波面以声波的速度向外传播,波源向右运动的速度等于声波的速度,C不符合题意;D选项表示波面以声波的速度向外传播,波源向右运动的速度大于声波的速度,D符合题意。
4.人耳能听到的声波频率范围是20~20 000 Hz。某音频发生器发出频率为22 000 Hz的声波。为了听到这个声音,可以(　　)
A.快速靠近声源
B.快速远离声源
C.绕音频发生器做圆周运动
D.与音频发生器相向运动
【答案】 B
【解析】 根据多普勒效应,当波源与人相互靠近时,观测到的频率变大,则快速靠近声源,人接收到的频率大于22 000 Hz,无法听到声音,故A错误;当波源与人相互远离时,接收到的频率变小,则快速远离声源,人接收到的频率小于 22 000 Hz,可能会听到声音,故B正确;绕着音频发生器做圆周运动,波源与人距离不变,人接收到的频率不变,无法听到声音,故C错误;与音频发生器同时相向运动,接收到的频率变大,则无法听到声音,故D错误。
5.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处的人接收到的声波的频率为f1,车右侧B处的人接收到的声波的频率为f2,则(　　)
A.f1f
C.f1>f,f2>f D.f1>f,f2【答案】 D
【解析】 本题考查的是对多普勒效应的认识,波源朝向观察者运动时,接收频率大于静止的观测频率,波源远离观察者运动时,接收频率小于静止的观测频率,故D正确。
6.装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁,它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波,并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车向测速监视器靠近时,被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比(　　)
A.频率不变,波速变小 B.波速不变,频率变小
C.频率不变,波速变大 D.波速不变,频率变大
【答案】 D
【解析】 波速由介质决定,所以被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比波速不变,根据多普勒效应,声源和观察者靠近时接收频率变大,所以被该汽车反射回来的反射波与发出的超声波相比频率变大,故D正确,A、B、C错误。
7.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,来访的亲友从门口快步向客厅走来,小明家长向门口快步前去迎接。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
【答案】 C
【解析】 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,来访的亲友在靠近电视机,根据多普勒效应可知f2>f0,小明家长在远离电视机,根据多普勒效应可知f3f1>f3,故选C。
8.小明为了更好地理解多普勒效应而请教他的物理老师,老师就给他出了一道匀速直线运动的题目让他思考,他轻松做完了这道题目,从此不再困惑。请你也尝试做一做这道题目:如图甲所示,声源S在x轴上运动,S相继向右侧观察者A发出两个脉冲信号,如图乙所示,两脉冲信号的时间间隔为T。已知空气中声音传播的速度大小为v,不考虑空气的流动,试计算如下两种情况中A接收到的两个脉冲信号间的时间间隔T′,并比较f′=与f=的大小关系。(设T远大于单个脉冲的持续时间,且远小于信号在空间传播的时间)
(1)声源S静止,观察者A以大小为vA的速度沿x轴正方向运动(vA(2)声源S和观察者A分别以大小为vS、vA的速度沿x轴正方向运动(vS【答案】 (1)T′=T,f′(2)T′=T　见解析
【解析】 (1)方法一　设两个脉冲信号从波源S发出后分别经时间t1、t2到达观察者A,则有vt1+vAT′=vt2,且T′=T+t2-t1,
联立解得T′=T,
频率为f′==·=f,故f′方法二　两脉冲信号都发出后的间距为Δx=vT,
选观察者A为参考系,两信号脉冲的相对速度为v′=v-vA,
则两信号脉冲到达观察者A的时间间隔T′满足Δx=v′T′,
即有(v-vA)T′=vT,解得T′=T,
频率为f′==f(2)方法一　设两个脉冲信号从波源S发出后分别经时间t1、t2到达观察者A,
则有vt1+vAT′=vt2+vST,且T′=T+t2-t1,
联立解得T′=T,f′=f,
则当vS=vA时,f′=f;
当vS>vA时,f′>f;
当vS方法二　波源S、观察者A均沿x轴正方向运动时,
两脉冲信号都发出后的间距为Δx=vT-vST,
选观察者A为参考系,两信号脉冲的相对速度为v′=v-vA,
则两信号脉冲到达观察者A的时间间隔T′满足Δx=v′T′,
即有(v-vA)T′=vT-vST,
解得T′=T,频率f′=f,
则当vS=vA时,f′=f;
当vS>vA时,f′>f;当vS机械波　检测试题
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.机械振动在介质中传播,形成了机械波。下列说法正确的是(　　)
A.在纵波中,质点的分布是均匀的
B.机械波在真空中可以传播
C.发声体振动时在空气中产生的声波是纵波
D.介质中有机械波传播时,介质与波一起传播
【答案】 C
【解析】 纵波的波形是疏密相间的,质点分布最密的部分叫密部,分布最疏的地方叫疏部,故A错误;机械波的传播需要介质,不能在真空中传播,故B错误;发声体振动时在空气中产生的声波是纵波,故C正确;在波的传播过程中,振动质点只在各自的平衡位置附近振动,并不随波的传播发生迁移,故D错误。
2.韦伯空间望远镜已为人类拍摄了许多早期宇宙的照片,其主要利用了多普勒效应。多普勒效应在科学研究、工程技术和医疗诊断等各方面有着十分广泛的应用,关于多普勒效应、波的干涉和衍射,下列说法错误的是(　　)
A.有经验的战士从炮弹飞行的声音就能判断飞行的炮弹是接近还是远离,这是利用了多普勒效应
B.某一遥远星球离地球远去,那么地球上接收到该星球发出的光的波长要变短
C.两列波发生干涉时,振动加强点的振幅一定增大
D.水波遇到障碍物能绕过障碍物继续传播是衍射现象
【答案】 B
【解析】 根据炮弹的声音频率变化判断炮弹在接近还是远离,利用了多普勒效应,故A说法正确;星球远离地球,根据多普勒效应,地球接收到该星球发出的光的频率会变小,则波长变长,故B说法错误;两列波发生干涉时,振动加强点的振幅一定增大,故C说法正确;水波绕过障碍物继续传播是衍射现象,故D说法正确。
3.干涉是波特有的性质,但是在日常生活中很难观察到稳定的干涉现象。在某次物理教学中老师使用如图甲的发波水槽,老师先打开电动机电源,再调节两小球击水深度和频率,得到频率和初相位相同,振幅不同的两列水波的稳定干涉图样,如图乙,其中S1、S2代表波源,实线代表水波波峰(OM连线除外),虚线代表水波波谷,M、N、O、P是波线与波线的交点,下列说法正确的是(　　)
A.N点的位移总比M点的位移小
B.OM连线上所有的点都是振动加强点
C.M点到S1、S2的距离差等于水波半波长的奇数倍
D.N点、P点是振动减弱点,所以N点、P点不振动,此处水面平静
【答案】 B
【解析】 波峰与波峰、波谷与波谷叠加振动加强,波峰与波谷叠加振动减弱;两波源振幅不同,减弱点仍会振动,位移仍会随着时间变化,所以减弱点的位移有可能大于加强点的位移,故A、D错误;题图乙为稳定的干涉图样,振动加强点始终加强,振动减弱点始终减弱,加强点连线上的点也是加强点,故B正确;M点是加强点,到两波源的路程差等于半波长的偶数倍,故C错误。
4.一列沿x轴负方向传播的简谐波在t=0时刻的波形如图所示,已知B质点从0时刻起经过3 s第一次到达波谷,则下列判断正确的是(　　)
A.简谐波的周期为12 s
B.O处质点再经过1 s,通过的路程为10 cm
C.简谐波的波速为10 cm/s
D.某个时刻A和B两质点的振动方向可能相同
【答案】 C
【解析】 由题图可知波长λ=40 cm,振幅A=10 cm,波沿x轴负方向传播,则此时B质点向上运动,B质点从0时刻起经过3 s第一次到达波谷,则T=3 s,故T=4 s,A错误;则波速v==
=10 cm/s,C正确;O处质点再经过 1 s,通过的路程大于10 cm,B错误;A、B两质点刚好相差半个波长,他们的振动方向时刻相反,D错误。
二、双项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。全部选对的得6分,选对但不全的得 3分,有选错的得0分。
5.在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的 9个质点,相邻两质点的距离均为L,如图甲所示。一列横波沿该直线向右传播,t=0时到达质点1,质点1开始向下运动,经过时间Δt第一次出现如图乙所示的波形。则该波的(　　)
A.波长为8L,周期为Δt
B.波长为9L,周期为Δt
C.周期为Δt,波速为
D.周期为Δt,波速为
【答案】 AD
【解析】 横波沿该直线向右传播,由题图乙知波长 λ=8L,根据题意,图示时刻质点9的振动方向向上,由题意知质点1的起振方向向下,则第一次出现题图乙的波形时,是振动传到质点9后,又传播了周期,则时间Δt与周期的关系为Δt=1.5T,得T=Δt,则波速v==,故A、D正确,B、C错误。
6.如图所示,图甲为沿x轴传播的一列简谐横波在 t=1 s时刻的波的图像,图乙为质点P的振动图像。下列说法正确的是(　　)
A.波沿x轴正方向传播,波速为2 m/s
B.该波可以与另一列频率为2 Hz的波发生稳定的干涉
C.波在传播过程中遇到100 m大小的障碍物能发生明显的衍射
D.某人向着波源方向奔跑,接收到的波的频率大于0.5 Hz
【答案】 AD
【解析】 本题结合波的图像、振动图像综合考查波的传播、干涉、衍射、多普勒效应。从题图可知,t=1 s 时刻,质点P正在平衡位置向y轴正方向运动,由同侧法判断可得,波沿x轴正方向传播;由题图甲可知λ=4 m,由题图乙可知T=2 s,由v=可以计算出波速为2 m/s,故A正确;波的周期 T=2 s,频率f== Hz=0.5 Hz,稳定的干涉需要两列波频率相同,则与其发生干涉的波的频率也为 0.5 Hz,故B错误;发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸比波长短或相差不多,此波波长为 4 m,而障碍物的尺寸大小为100 m,则不能发生明显的衍射现象,故C错误;由多普勒效应可知,当波源和观察者相互靠近时,接收到的波的频率比波源的频率要高,所以向着波源方向奔跑,接收到的波的频率大于0.5 Hz,故D正确。
7.长软绳OA与AB材质不同,从t=0时刻开始,用手握住较长软绳的一端连续上下抖动,手每秒钟做一次振幅为6 cm的全振动,以O点为原点向x轴正方向形成一列简谐横波,t=4 s时的部分波形图如图所示。已知OA=24 cm,AB=12 cm。下列说法正确的是(　　)
A.手刚开始抖动的方向向下
B.t=0至t=3 s内,x=28 cm处质点经过的路程为12 cm
C.t= s时,质点B第二次到达波峰位置
D.若手上下抖动加快,OA段绳波的波长将变大
【答案】 BC
【解析】 t=4 s内,手完成4次全振动,形成4个完整波形,故题图中质点B右侧仍有半个波形,可判断波源的起振方向向上,故A错误;AB段波速为 v==8 cm/s,由题图可知t=2 s时,波传播到质点A处,再经t1= s=0.5 s,波传播到x=28 cm处,故0~3 s内x=28 cm处质点振动了0.5 s=,经过的路程为s=2A=12 cm,故B正确;t=4 s时,质点B已经到达过一次波峰,此时经过平衡位置向下运动, s=(4+) s,则再经 s,即T 第二次达到波峰位置,故C正确;若手抖动加快,频率增大,但波速不变,根据v=λf,可知波长变小,故D错误。
8.甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播,波速均为2 m/s。t=0 时刻二者在x=2 m 处相遇,波形图如图所示。关于平衡位置在 x=2 m 处的质点P,下列说法正确的是(　　)
A.t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为0
B.t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为-2 cm
C.t=1.0 s时,P向y轴正方向运动
D.t=1.0 s时,P向y轴负方向运动
【答案】 BC
【解析】 由题图可知λ甲=4 m,λ乙=2 m,则T甲==2 s,T乙=1 s,t=0.5 s时,甲、乙两列波传播的距离均为 Δx=2×0.5 m=1 m,根据波形平移法可知,t=0.5 s时,x=1 m处甲波的波谷刚好传到P处,x=3 m处乙波的平衡位置刚好传到P处,根据叠加原理可知,t=0.5 s时,P偏离平衡位置的位移为-2 cm,故A错误,B正确;t=1.0 s,甲、乙两列波传播的距离均为Δx′=2×1.0 m=
2 m,根据波形平移法可知,t=1.0 s时,x=0处甲波的平衡位置刚好传到P处,x=4 m处乙波的平衡位置刚好传到P处,且此时两列波的振动都沿y轴正方向,根据叠加原理可知,t=1.0 s 时,P向y轴正方向运动,故C正确,D错误。
三、非选择题:本题共8小题,共60分。
9.(3分)带操是一项艺术体操项目。在奥运会上运动员手持带棍,以腕为轴做上下或左右的连续小摆动的动作,使带形成波浪图形,某段时间内带的波形可看作一列简谐横波向右传播(如图),波长为　　　　,某一时刻带上质点a、c位于波峰,质点b位于波谷,质点b的速度大小为　　　　。若该波的频率为2 Hz,则波的传播速度为　　　　。
【答案】 5 m　0　10 m/s
【解析】 由于该时刻质点b位于波谷,故质点b的速度大小为0;由题图可知,波的波长为λ=5 m,则波的传播速度为v==λf=5×2 m/s=10 m/s。
10.(3分)有一列简谐横波的波源在坐标原点O处,某时刻沿x轴正方向传播的振动形式传到20 cm处,此时x轴上10 cm 处的质点已振动0.2 s,P点离O处 80 cm,如图所示,取该时刻为t=0时刻,则可知波源起振时的速度方向沿y轴　　　　(选填“正方向”或“负方向”);该波的传播速度为　　　　;经过　　　　,P点第一次到达波峰。
【答案】 负方向　0.5 m/s　1.5 s
【解析】 根据波向右传播,由题图可得t=0时刻,20 cm处质点向下振动,故质点起振时的速度方向沿 y轴负方向,故波源起振时沿y轴负方向;波传播到x=20 cm处时,x=10 cm处质点振动时间为0.2 s,即波在Δt=0.2 s内的传播距离Δx=10 cm=0.1 m,故波速 v==
m/s= 0.5 m/s;当题图所示x=5 cm处波峰传播到P点时,P点第一次到达波峰,故经历的时间 Δt′== s=1.5 s。
11.(3分)图中实线为一列简谐横波在某一时刻的波形曲线,经过0.3 s后,其波形曲线如图中虚线所示。已知该波的周期T大于 0.3 s。若波是沿x轴正方向传播的,则该波的速度大小为　　　　m/s,周期为　　　s;若波是沿x轴负方向传播的,该波的周期为　　　s。
【答案】 0.5　0.4　1.2
【解析】 波在一个周期内传播的距离为一个波长,该波的周期T大于0.3 s,则该波在0.3 s内传播的距离小于一个波长。若波是沿x轴正方向传播的,则该波在 0.3 s 内传播的距离为λ,则有 0.3 s=T1,故T1=0.4 s,波长为λ=20 cm=0.2 m,则波速为v1== m/s=0.5 m/s;若波是沿x轴负方向传播的,该波在0.3 s内传播的距离为λ,则有0.3 s=T2,故T2=1.2 s。
12.(6分)天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度,在水平地面上与观测者的距离为 d=3.0 km处进行一次爆炸,观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt=6.0 s。试估算云层下表面的高度。(已知空气中的声速v= km/s)
【答案】 2.0×103 m
【解析】由题意画出其平面图如图所示。
设云层下表面的高度为h,则由云层反射来的爆炸声传播距离为 s=2,声音反射传来的时间为t1=,声音直接传来的时间为t2=,则t1-t2=Δt,将数据代入以上各式得h=
2.0 km。
13.(6分)如图所示,在水平地面上建立直角坐标系xOy,两个完全相同的声源S1和S2的坐标分别为(0,-3 m)和(4 m,-3 m),声源发出的声音频率为680 Hz。已知声波在空气中传播的速度为340 m/s,站在坐标原点的人(可视为质点)始终能听到两个声源发出的声音。
(1)若人沿x轴正方向运动,他离开原点后,听到声音加强的位置最多有几处
(2)若人沿y轴正方向运动,他离开原点后,听到声音加强的位置最多有几处
【答案】 (1)11处　(2)3处
【解析】 声音在空气中传播的波长λ==0.5 m,
人在坐标原点时,人到声源S1、S2的距离之差Δs=3 m- m=-2 m,
人离开原点后,Δs为波长λ的整数倍时声音加强。
(1)若人沿x轴正方向运动,最终人在x轴上无穷远处到波源S1、S2的距离之差Δs′趋近于4 m;所以人到S1、S2的距离之差的范围为-2 m≤Δs′<4 m,由Δs′=kλ,k=0,±1,±2,±3,…,知k的取值有0,±1,±2,±3,+4,+5,+6,+7,即声音加强位置最多有11处。
(2)若人沿y轴正方向运动,最终人在y轴上无穷远处到波源S1、S2的距离之差Δs″趋近于0;所以人到S1、S2的距离之差的范围为-2 m≤Δs″<0,则k的取值有 -1,-2,-3,即声音加强位置最多有3处。
14.(11分)一列简谐横波在水平绳上沿x轴正方向传播,在t=0时刻的波形如图所示,绳上三个质点M、N、P的平衡位置分别为xM=10 m,xN=40 m,xP=25 m。从该时刻开始计时,M点的振动位移随时间变化关系为y=2sin πt cm。求:
(1)该简谐横波的波速v;
(2)从图示位置开始,质点P第一次到达波峰通过的路程。
【答案】 (1)20 m/s　(2)(6-) cm
【解析】 (1)由M点的振动方程可知,
振动周期为T= s=2 s,
根据波形图可知,简谐横波的波长为λ=40 m,
该简谐横波的波速v== m/s=20 m/s。
(2)质点P比M落后运动时间t0==0.75 s,
这说明P点与M点在1.25 s时所处位置相同,
x=1.25 s 时质点M的位移为y=2sin πt cm=- cm,
所以从图示位置开始,质点P第一次到达波峰通过的路程s=4 cm+(2-) cm=(6-) cm。
15.(12分)如图所示,一列简谐横波沿x轴正方向传播,周期T=1.2×10-2 s,t=0时,相距 50 cm的两质点a、b均在平衡位置,且振动方向相反,其中a沿y轴负方向运动。求:
(1)b点第一次到达最低点的时间;
(2)波长和波速。
【答案】 (1)9×10-3 s
(2)λ= m(n=0,1,2,…)
v= m/s(n=0,1,2,…)
【解析】 (1)由题意可知,t=0时,b沿y轴正方向运动,
则b点第一次到达最低点的时间为Δt=T=×1.2×10-2 s=9×10-3 s。
(2)由题意可知质点a、b的距离应满足
Δx=(n+)λ=50 cm=0.5 m(n=0,1,2,…),
可得波长为λ= m(n=0,1,2,…),
波速为v== m/s(n=0,1,2,…)。
16.(16分)如图甲所示,在某种介质中A、B、C是三角形的三个顶点,其中AC长x1=3.25 m,BC长x2=1 m。两个波源分别位于A、B两点,且同时从t=0时刻开始振动,它们的振动图像如图乙所示,已知位于A点的波源产生波的波长 λA=2 m。求:
甲
乙
(1)位于B点的波源产生波的波长及波速;
(2)从t=0时刻开始,C点的位移为-7 cm的时刻。
【答案】 (1)3 m　5 m/s
(2)t=(0.95+1.2n′) s(n′=0,1,2,3,…)
【解析】 (1)横波在同种介质中的传播速度相同,由图像可知,A点的波源周期为TA=0.4 s,波长 λA=2 m,
则波速v== m/s=5 m/s。
则B点的波源产生波的波速也为5 m/s;从图像可知,B点波源的周期为0.6 s,
则波长λB=vTB=5×0.6 m=3 m。
(2)根据波的叠加结合图像可知,要让C点的位移为-7 cm,
则必须是两个波的波谷同时传到了C点的位置,
对于A波源而言,
A波的波谷传到C点位置需要的时间为t1=(n=0,1,2,…),
代入数据得t1= s=(0.4n+0.95) s(n=0,1,2,…),
同理可得,B波的波谷传到C点位置需要的时间为t2=(m=0,1,2,…),
代入数据得t2= s=(0.6m+0.35) s(m=0,1,2,…),
当t1=t2时,解得3m-2n=3。
考虑m、n最终只能取整数,则有t=(0.95+1.2n′) s(n′=0,1,2,3,…)。

展开更多......

收起↑