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　第5节　多普勒效应
课程要求 学科素养
通过实验,认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例 物理观念 理解多普勒效应是由于波源和观察者的相对运动引起的
科学思维 能够通过建模分析多普勒效应的成因
科学探究 能够用所学知识解释多普勒效应的现象
科学态度 与责任 能运用多普勒效应解释一些物理现象及其应用
要点一　多普勒效应
1.多普勒效应
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的现象。
2.多普勒效应产生的原因
(1)当波源与观察者相对静止时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观测到的频率等于波源振动的频率。
(2)当波源与观察者相互接近时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(选填“增加”或“减少”),观测到的频率增加(选填“增加”或“变小”);反之,当波源与观察者相互远离时,观测到的频率变小(选填“增加”或“变小”)。
只要观察者与波源发生相对运动,就会产生多普勒效应,观测到的频率就大于波源振动的频率,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。
1.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 f波源=f观察者,接收的频率不变
波源S不动,观察者A运动,由A→B或由A→C 若靠近波源(由A→B),则f波源f观察者,接收的频率变低
观察者A不动,波源S运动,由S→S' f波源2.成因归纳
(1)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,且两者间距发生变化。
(2)发生多普勒效应时,波源的频率保持不变,只是观察者接收到的频率发生了变化。
【例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 (　D　)
A.女同学从A向B运动过程中,她听到的哨声音调变低
B.女同学从E向D运动过程中,她听到的哨声音调变高
C.女同学在C点向右运动时,她听到的哨声音调不变
D.女同学在C点向左运动时,她听到的哨声音调变低
【解析】　根据多普勒效应,当声源不动时,观察者向着声源运动时,听到的哨声音调变高,远离声源运动时,听到的哨声音调变低。女同学从A向B运动过程中,她向着声源运动,听到的哨声音调变高,故A错误;女同学从E向D运动过程中,她远离声源运动,听到的哨声音调变低,故B错误;女同学在C点向右运动时,她向着声源运动,听到的哨声音调变高,故C错误;女同学在C点向左运动时,她远离声源运动,听到的哨声音调变低,故D正确。
【例2】　以频率f上下振动的振针沿水平方向移动,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 (　D　)
A.振针在向左移动
B.如果A处的观察者保持静止,接收到的水波频率大于f
C.如果A处的观察者水平向左移动,接收到的水波频率可能大于f
D.如果A处的观察者水平向右移动,接收到的水波频率可能小于f
【解析】　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,故A错误;振针远离观察者时,根据多普勒效应,观测者接收到的水波频率变小,即A处的观察者保持静止,接收到的水波频率小于f,故B错误;如果A处的观察者水平向左移动,振针向右移动,振针一定远离观察者,观察者接收到的水波频率一定小于f,故C错误;如果A处的观察者水平向右移动,当观察者的运动速度小于振针的运动速度时,振针依然远离观察者,观察者接收到的水波频率可能小于f,故D正确。
要点二　多普勒效应的应用
1.利用多普勒测速仪测速
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.利用超声波测血流速度
医生向人体内发射频率已知的超声波,测出被血管中的血流反射后的波的频率变化,就可知道血流的速度。
3.利用光波的频率变化,计算星球靠近或远离我们的速度。
如图所示,某大学利用多普勒效应对一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现,当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加,卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
观察者接收到的频率与哪些因素有关
提示:观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
　　多普勒效应在生产、生活上的应用越来越广,其应用的主要方式是通过测频率变化来判断研究对象的状况,具体应用如下:
(1)超声波测速:发射装置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。据反射波频率变化的多少可以知道车辆的速度。
(2)红移现象:在20世纪初,科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”,所谓“红移现象”,就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移,这种现象可以用多普勒效应加以解释。由于星系远离我们运动,接收到的星光的频率变小,谱线就向频率变小(即波长变大)的红色端移动。科学家根据红移的大小还可以算出这种行星远离地球运动的速度。这种现象是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。
(3)医用“彩超”:向人体发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液反射后被仪器接收。测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度,据此诊断疾病。
(4)可根据火车汽笛的音调变化判断火车是进站还是出站;根据炮弹飞行的呼啸声判断炮弹飞行的方向等。
(5)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,可测得星球的速度。
【例3】　(多选)目前,多普勒效应已在科学研究、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,下列说法正确的是 (　ABD　)
A.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
B.医院检查身体血液流动速度的“彩超”运用了多普勒效应原理
C.某一遥远星球离地球远去,那么地球上接收到该星球发出光的波长要变小
D.高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的
【解析】　利用声波的多普勒效应,有经验的战士可以从炮弹飞行时的“尖叫”声判断炮弹的飞行方向,故A正确;医院检查身体的“彩超”是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度,其运用了多普勒效应原理,故B正确;某一遥远星球离地球远去,根据多普勒效应,从地球上接收到该星球发出光的频率减小,则波长变长,故C错误;根据物体远离或靠近声源,接收到的频率的变化能够测出物体运动的速度大小,即高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的,故D正确。
【例4】　无人驾驶技术已逐渐成熟,某巡航控制系统可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动加速。汽车使用的传感器会发射和接收调制过的无线电波,通过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。若该传感器发射的无线电波的频率为f,接收到的回波的频率为f',则 (　C　)
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,表明无人车需要相对前车减速行驶
D.当f'【解析】　由多普勒效应可知,当f'=f时,表明前车与无人车的距离保持不变,即前车与无人车保持相对静止,可能匀速,可能静止,也可能是变速,故A、B错误;由多普勒效应可知,当f'>f时,接收到的频率增大,两车距离减小,无人车需要相对前车减速行驶,故C正确;由多普勒效应可知,当f'1.关于多普勒效应,以下说法正确的有 (　D　)
A.只有机械波才能产生多普勒效应
B.电磁波、光波等不能产生多普勒效应
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
解析:多普勒效应不仅仅适用于机械波,也适用于其他类型的波,包括电磁波,故A、B错误;产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致观察者接收到的频率发生了变化,故C错误,D正确。
2.某地在进行飞行航模表演,下列说法正确的是 (　A　)
A.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞来
B.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞离
C.当飞机向观众飞来时,飞机发动机发出的声音频率变高
D.当飞机飞离观众时,飞机发动机发出的声音频率变低
解析:无论飞机是向观众飞来还是飞离观众,飞机发动机发出的声音频率不变,故C、D错误;飞机向观众飞来时,观众听到的声音频率变高,飞机飞离观众时,观众听到的声音频率变低,故A正确,B错误。
3.(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应 (　ABD　)
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,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理
C.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况
D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
解析:凡是波都具有多普勒效应,因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对地球运动的速度,故A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,接收到的频率发生变化,由多普勒效应的知识可以求出汽车的速度,故B正确;铁路工人是根据振动的强弱变化而对火车的运动情况作出判断的,故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运动方向有关,故D正确。
课时作业21
(总分:60分)
1.(5分)(多选)关于多普勒效应,下列说法正确的是 (　BD　)
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发生了相对运动,且两者间距发生变化
C.甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所发出的笛声频率相同,那么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.高速公路上的测速仪是应用多普勒效应测速的
解析:产生多普勒效应的原因是观察者和波源发生了相对运动且两者间距发生了变化,而波源的频率没有发生变化,故A错误,B正确;若甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所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变大,乙车笛声频率不变,故C错误;高速公路上的测速仪是应用多普勒效应测速的,故D正确。
2.(5分)(多选)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 (　BC　)
A.波速变大 B.波速不变
C.频率变高 D.频率不变
解析:在同种介质中,超声波的传播速度保持不变,根据多普勒效应可知,超声波的频率变高,所以B、C正确。
3.(5分)天文爱好者在地球上测得星球上某种元素发出的光波频率为f1,该种元素在地球上静止时发光频率为f2,已知f1A.正在增大 B.正在减小
C.保持不变 D.条件不足,无法判断
解析:根据多普勒效应,当光源远离观察者时,观测频率小于静止频率(红移)。本题中,观测频率f14.(5分)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为0.8 m的圆周(圆心为O点)做匀速圆周运动。一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止,如图所示,则观察者接收到 (　B　)
A.声源在A点时发出声音的频率等于600 Hz
B.声源在B点时发出声音的频率等于600 Hz
C.声源在C点时发出声音的频率等于600 Hz
D.声源在D点时发出声音的频率小于600 Hz
解析:根据多普勒效应,当声源和观察者相向运动时,观察者接收到的频率大于声源的频率,当声源和观察者反向运动时,观察者接收到的频率小于声源的频率,声源运动到A、B、C、D四个点时,画出来相对于观察者的速度方向,可以得到声源在A点有接近观察者的趋势,声源在C点有远离观察者的趋势,声源在B、D两点的速度方向垂直O点与观察者的连线,所以在B、D两点,观察者接收到的频率就等于声源的频率,而在A点观察者接收到的频率大于声源的频率,在C点观察者接收到的频率小于声源的频率,故选B。
5.(5分)钢化玻璃很难被敲碎,然而小明用扳手敲击地面后立即将扳手与钢化玻璃接触,钢化玻璃上很快就出现了裂纹。下列选项中原理与题干相同的是 (　D　)
A.图甲中,救护车从路人身边经过时,路人耳中救护车笛声的频率发生变化
B.图乙中,水波绕过挡板继续传播
C.图丙中,主动降噪耳机发出降噪声波来实现降噪的效果
D.图丁中,单摆a被拉离平衡位置后开始摆动,其余三个单摆中单摆c的振幅最大
解析:题干中描述的是共振现象。A选项是多普勒效应现象,B选项是波的衍射现象,C选项是波的干涉现象,D选项是共振现象,故选D。
6.(5分)蝙蝠在洞穴中飞来飞去时,有效利用超声脉冲导航,这种超声脉冲以持续1 ms或不到1 ms的时间短促发射且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为30 000 Hz,在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的过程中,下列说法正确的是 (　B　)
A.墙壁接收到的超声脉冲频率等于30 000 Hz
B.墙壁接收到的超声脉冲频率大于30 000 Hz
C.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于30 000 Hz
D.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率小于30 000 Hz
解析:蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离逐渐减小,根据多普勒效应,墙壁接收到的超声脉冲的频率大于30 000 Hz,故A错误,B正确;超声脉冲被反射后,其频率不变,但传播方向和蝙蝠的运动方向相反,根据多普勒效应,蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲的频率大于30 000 Hz,故C、D错误。
7.(5分)2019年4月10日人类第一次发布了世界上首张黑洞图像,利用了射电望远镜对电磁波的捕捉。下列关于波的说法正确的是 (　C　)
A.两列波叠加一定会出现稳定的干涉图样
B.在干涉图样中,振动加强区域质点的位移一定大于振动减弱区域质点的位移
C.当波源远离观察者时,观察者接收到的波的频率比波源频率低
D.只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多,波才能发生衍射
解析:只有频率相同时,两列波叠加才能产生稳定的干涉图样,故A错误;干涉图样中,振动加强区域的质点,其位移时大时小,也可能为0,故B错误;根据多普勒效应可知,当波源远离观察者时,观察者接收到的波的频率比波源频率低,故C正确;如果障碍物的尺寸大于波长,也会发生衍射,但衍射不明显,故D错误。
8.(5分)下列有关机械振动和机械波的说法正确的是 (　D　)
A.弹簧振子做简谐运动的回复力与位移成反比
B.惠更斯对单摆的周期进行了详细的研究,得出单摆做简谐运动时的周期与振幅有关
C.波可以绕过障碍物继续传播叫波的干涉,发生干涉的波源应是相干波源
D.迎面向你驶来的鸣笛动车,声音变得越来越高,这是机械波的多普勒效应
解析:弹簧振子做简谐运动的回复力与位移成正比,故A错误;惠更斯对单摆的周期进行了详细的研究,得出单摆做简谐运动时的周期与振幅无关,故B错误;波可以绕过障碍物继续传播叫波的衍射,发生干涉的波源应是相干波源,故C错误;迎面向你驶来的鸣笛动车,声音变得越来越高,这是机械波的多普勒效应,故D正确。
9.(5分)一列简谐横波某时刻波形如图甲所示,由该时刻开始计时,质点L的振动情况如图乙所示。下列说法正确的是 (　C　)
A.质点N比M先回到平衡位置
B.该时刻质点K与M的加速度相同
C.开始计时后经四分之一周期,质点N通过的路程小于一个振幅
D.某人向着波源方向奔跑,观察到的波的频率比波源的频率低
解析:由“微平移法”可知该时刻质点N向y轴正方向运动,易知质点N比质点M晚回到平衡位置,故A错误;因K、M之间间隔半个波长,K、M的振动步调始终相反,因此该时刻质点K与M的速度均为0,但加速度大小相等,方向相反,故B错误;由题可知开始时质点N向y轴正方向运动,经过四分之一个周期,质点N速度减小、加速度增大,速度减为0,后质点N向y轴负方向运动,速度增大、加速度减小,故质点N通过的路程小于一个振幅,故C正确;根据多普勒效应,观测者与波源相互接近时,观测者接收到的频率比波源的频率高,故D错误。
10.(5分)(2023·广东卷)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s,若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波,下列说法正确的是 (　B　)
A.两列声波相遇时一定会发生干涉
B.声波由水中传播到空气中,波长会改变
C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射
D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
解析:根据多普勒效应可知,探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关,而两列声波发生干涉的条件是频率相等,所以两列声波相遇时不一定发生干涉,故A、D错误;声波由水中传播到空气中时,声波的波速发生变化,所以波长会发生改变,故B正确;根据波长的计算公式可得λ== m=1×10-3 m,当遇到尺寸约为1 m的被探测物时不会发生明显衍射,故C错误。
11.(5分)(多选)关于下列四幅图,说法正确的是 (　AC　)
A.图甲中,水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生折射
B.图乙中,增大狭缝的宽度,水波的衍射现象会更明显
C.图丙中,多普勒测速仪利用反射波的频率变化来测定流速
D.图丁中,若摆长适当减小,共振曲线的峰将向左移动
解析:题图甲中,水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生折射,故A正确;当波的波长比障碍物的尺寸大或差不多时,将发生明显的衍射现象,题图乙中,增大狭缝的宽度,水波的衍射现象变得不明显,故B错误;题图丙中,多普勒测速仪利用反射波的频率变化来测定流速,故C正确;根据单摆周期公式T=2π,可知若摆长适当减小,单摆周期减小,频率增大,则题图丁中,共振曲线的峰将向右移动,故D错误。
12.(5分)(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;图为恰经10个周期时观察到的水面波,则下列说法正确的是 (　AC　)
A.位于x轴正方向一侧的观察者(x>40 cm),接收到的频率大于5 Hz
B.位于x轴负方向一侧的观察者,接收到的频率大于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
解析: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,根据多普勒效应可知,位于x轴正方向一侧的观察者(x>40 cm),接收到的频率大于5 Hz,位于x轴负方向一侧的观察者,接收到的频率小于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,小球移动的速度为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。(共50张PPT)
第三章　机械波
第5节　多普勒效应
核心要点 点点过
1
目录
即时演练 堂堂清
2
课时作业21
3
课程要求 学科素养
通过实验,认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例 物理观念 理解多普勒效应是由于波源和观察者的相对运动引起的
科学思维 能够通过建模分析多普勒效应的成因
科学探究 能够用所学知识解释多普勒效应的现象
科学态度与责任 能运用多普勒效应解释一些物理现象及其应用
核心要点 点点过
1.多普勒效应
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的现象。
2.多普勒效应产生的原因
(1)当波源与观察者相对静止时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观测到的频率等于波源振动的频率。
(2)当波源与观察者相互接近时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(选填“增加”或“减少”),观测到的频率增加(选填“增加”或“变小”);反之,当波源与观察者相互远离时,观测到的频率变小(选填“增加”或“变小”)。
要点一　多普勒效应
接收到
频率
一定
等于
增
加
增加
变小
只要观察者与波源发生相对运动,就会产生多普勒效应,观测到的频率就大于波源振动的频率,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。
1.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 f波源=f观察者,接收的频率不变
波源S不动,观察者A运动,由A→B或由A→C 若靠近波源(由A→B),则f波源f观察者,接收的频率变低
相对位置 图示 结论
观察者A不动,波源S运动,由S→S' f波源2.成因归纳
(1)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,且两者间距发生变化。
(2)发生多普勒效应时,波源的频率保持不变,只是观察者接收到的频率发生了变化。
【例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,她听到的哨声音调变低
B.女同学从E向D运动过程中,她听到的哨声音调变高
C.女同学在C点向右运动时,她听到的哨声音调不变
D.女同学在C点向左运动时,她听到的哨声音调变低
D
【解析】　根据多普勒效应,当声源不动时,观察者向着声源运动时,听到的哨声音调变高,远离声源运动时,听到的哨声音调变低。女同学从A向B运动过程中,她向着声源运动,听到的哨声音调变高,故A错误;女同学从E向D运动过程中,她远离声源运动,听到的哨声音调变低,故B错误;女同学在C点向右运动时,她向着声源运动,听到的哨声音调变高,故C错误;女同学在C点向左运动时,她远离声源运动,听到的哨声音调变低,故D正确。
【例2】　以频率f上下振动的振针沿水平方向移动,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.振针在向左移动
B.如果A处的观察者保持静止,接收到的水波频率大于f
C.如果A处的观察者水平向左移动,接收到的水波频率可能大于f
D.如果A处的观察者水平向右移动,接收到的水波频率可能小于f
D
【解析】　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,故A错误;振针远离观察者时,根据多普勒效应,观测者接收到的水波频率变小,即A处的观察者保持静止,接收到的水波频率小于f,故B错误;如果A处的观察者水平向左移动,振针向右移动,振针一定远离观察者,观察者接收到的水波频率一定小于f,故C错误;如果A处的观察者水平向右移动,当观察者的运动速度小于振针的运动速度时,振针依然远离观察者,观察者接收到的水波频率可能小于f,故D正确。
1.利用多普勒测速仪测速
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.利用超声波测血流速度
医生向人体内发射频率已知的超声波,测出被血管中的血流反射后的波的频率变化,就可知道血流的速度。
3.利用光波的频率变化,计算星球靠近或远离我们的速度。
要点二　多普勒效应的应用
频率
频率
频率
速度
速度
如图所示,某大学利用多普勒效应对一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现,当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加,卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
观察者接收到的频率与哪些因素有关
提示:观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
　　多普勒效应在生产、生活上的应用越来越广,其应用的主要方式是通过测频率变化来判断研究对象的状况,具体应用如下:
(1)超声波测速:发射装置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。据反射波频率变化的多少可以知道车辆的速度。
(2)红移现象:在20世纪初,科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”,所谓“红移现象”,就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移,这种现象可以用多普勒效应加以解释。由于星系远离我们运动,接收到的星光的频率变小,谱线就向频率变小(即波长变大)的红色端移动。科学家根据红移的大小还可以算出这种行星远离地球运动的速度。这种现象是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。
(3)医用“彩超”:向人体发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液反射后被仪器接收。测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度,据此诊断疾病。
(4)可根据火车汽笛的音调变化判断火车是进站还是出站;根据炮弹飞行的呼啸声判断炮弹飞行的方向等。
(5)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,可测得星球的速度。
【例3】　(多选)目前,多普勒效应已在科学研究、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,下列说法正确的是 (　 　)
A.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
B.医院检查身体血液流动速度的“彩超”运用了多普勒效应原理
C.某一遥远星球离地球远去,那么地球上接收到该星球发出光的波长要变小
D.高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的
ABD
【解析】　利用声波的多普勒效应,有经验的战士可以从炮弹飞行时的“尖叫”声判断炮弹的飞行方向,故A正确;医院检查身体的“彩超”是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度,其运用了多普勒效应原理,故B正确;某一遥远星球离地球远去,根据多普勒效应,从地球上接收到该星球发出光的频率减小,则波长变长,故C错误;根据物体远离或靠近声源,接收到的频率的变化能够测出物体运动的速度大小,即高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的,故D正确。
【例4】　无人驾驶技术已逐渐成熟,某巡航控制系统可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动加速。汽车使用的传感器会发射和接收调制过的无线电波,通过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。若该传感器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,表明无人车需要相对前车减速行驶
D.当f'C
【解析】　由多普勒效应可知,当f'=f时,表明前车与无人车的距离保持不变,即前车与无人车保持相对静止,可能匀速,可能静止,也可能是变速,故A、B错误;由多普勒效应可知,当f'>f时,接收到的频率增大,两车距离减小,无人车需要相对前车减速行驶,故C正确;由多普勒效应可知,当f'即时演练 堂堂清
1.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.电磁波、光波等不能产生多普勒效应
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
解析:多普勒效应不仅仅适用于机械波,也适用于其他类型的波,包括电磁波,故A、B错误;产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致观察者接收到的频率发生了变化,故C错误,D正确。
D
2.某地在进行飞行航模表演,下列说法正确的是 (　　　)
A.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞来
B.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞离
C.当飞机向观众飞来时,飞机发动机发出的声音频率变高
D.当飞机飞离观众时,飞机发动机发出的声音频率变低
解析:无论飞机是向观众飞来还是飞离观众,飞机发动机发出的声音频率不变,故C、D错误;飞机向观众飞来时,观众听到的声音频率变高,飞机飞离观众时,观众听到的声音频率变低,故A正确,B错误。
A
3.(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应 (　　　　)
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,根据接收到的频率发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理
C.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况
D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
ABD
解析:凡是波都具有多普勒效应,因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对地球运动的速度,故A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,接收到的频率发生变化,由多普勒效应的知识可以求出汽车的速度,故B正确;铁路工人是根据振动的强弱变化而对火车的运动情况作出判断的,故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运动方向有关,故D正确。
课时作业21
1.(5分)(多选)关于多普勒效应,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发生了相对运动,且两者间距发生变化
C.甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所发出的笛声频率相同,那么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.高速公路上的测速仪是应用多普勒效应测速的
BD
解析:产生多普勒效应的原因是观察者和波源发生了相对运动且两者间距发生了变化,而波源的频率没有发生变化,故A错误,B正确;若甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所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变大,乙车笛声频率不变,故C错误;高速公路上的测速仪是应用多普勒效应测速的,故D正确。
2.(5分)(多选)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.频率变高 D.频率不变
解析:在同种介质中,超声波的传播速度保持不变,根据多普勒效应可知,超声波的频率变高,所以B、C正确。
BC
3.(5分)天文爱好者在地球上测得星球上某种元素发出的光波频率为f1,该种元素在地球上静止时发光频率为f2,已知f1A.正在增大 B.正在减小
C.保持不变 D.条件不足,无法判断
解析:根据多普勒效应,当光源远离观察者时,观测频率小于静止频率(红移)。本题中,观测频率f1A
4.(5分)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为0.8 m的圆周(圆心为O点)做匀速圆周运动。一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止,如图所示,则观察者接收到 (　　　)
A.声源在A点时发出声音的频率等于600 Hz
B.声源在B点时发出声音的频率等于600 Hz
C.声源在C点时发出声音的频率等于600 Hz
D.声源在D点时发出声音的频率小于600 Hz
B
解析:根据多普勒效应,当声源和观察者相向运动时,观察者接收到的频率大于声源的频率,当声源和观察者反向运动时,观察者接收到的频率小于声源的频率,声源运动到A、B、C、D四个点时,画出来相对于观察者的速度方向,可以得到声源在A点有接近观察者的趋势,声源在C点有远离观察者的趋势,声源在B、D两点的速度方向垂直O点与观察者的连线,所以在B、D两点,观察者接收到的频率就等于声源的频率,而在A点观察者接收到的频率大于声源的频率,在C点观察者接收到的频率小于声源的频率,故选B。
5.(5分)钢化玻璃很难被敲碎,然而小明用扳手敲击地面后立即将扳手与钢化玻璃接触,钢化玻璃上很快就出现了裂纹。下列选项中原理与题干相同的是 (　　　)
D
A.图甲中,救护车从路人身边经过时,路人耳中救护车笛声的频率发生变化
B.图乙中,水波绕过挡板继续传播
C.图丙中,主动降噪耳机发出降噪声波来实现降噪的效果
D.图丁中,单摆a被拉离平衡位置后开始摆动,其余三个单摆中单摆c的振幅最大
解析:题干中描述的是共振现象。A选项是多普勒效应现象,B选项是波的衍射现象,C选项是波的干涉现象,D选项是共振现象,故选D。
6.(5分)蝙蝠在洞穴中飞来飞去时,有效利用超声脉冲导航,这种超声脉冲以持续1 ms或不到1 ms的时间短促发射且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为30 000 Hz,在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的过程中,下列说法正确的是 (　　　)
A.墙壁接收到的超声脉冲频率等于30 000 Hz
B.墙壁接收到的超声脉冲频率大于30 000 Hz
C.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于30 000 Hz
D.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率小于30 000 Hz
B
解析:蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离逐渐减小,根据多普勒效应,墙壁接收到的超声脉冲的频率大于30 000 Hz,故A错误,B正确;超声脉冲被反射后,其频率不变,但传播方向和蝙蝠的运动方向相反,根据多普勒效应,蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲的频率大于30 000 Hz,故C、D错误。
7.(5分)2019年4月10日人类第一次发布了世界上首张黑洞图像,利用了射电望远镜对电磁波的捕捉。下列关于波的说法正确的是 (　　　)
A.两列波叠加一定会出现稳定的干涉图样
B.在干涉图样中,振动加强区域质点的位移一定大于振动减弱区域质点的位移
C.当波源远离观察者时,观察者接收到的波的频率比波源频率低
D.只有障碍物或孔的尺寸与波长比较相差不多或小得多,波才能发生衍射
C
解析:只有频率相同时,两列波叠加才能产生稳定的干涉图样,故A错误;干涉图样中,振动加强区域的质点,其位移时大时小,也可能为0,故B错误;根据多普勒效应可知,当波源远离观察者时,观察者接收到的波的频率比波源频率低,故C正确;如果障碍物的尺寸大于波长,也会发生衍射,但衍射不明显,故D错误。
8.(5分)下列有关机械振动和机械波的说法正确的是 (　　　)
A.弹簧振子做简谐运动的回复力与位移成反比
B.惠更斯对单摆的周期进行了详细的研究,得出单摆做简谐运动时的周期与振幅有关
C.波可以绕过障碍物继续传播叫波的干涉,发生干涉的波源应是相干波源
D.迎面向你驶来的鸣笛动车,声音变得越来越高,这是机械波的多普勒效应
D
解析:弹簧振子做简谐运动的回复力与位移成正比,故A错误;惠更斯对单摆的周期进行了详细的研究,得出单摆做简谐运动时的周期与振幅无关,故B错误;波可以绕过障碍物继续传播叫波的衍射,发生干涉的波源应是相干波源,故C错误;迎面向你驶来的鸣笛动车,声音变得越来越高,这是机械波的多普勒效应,故D正确。
9.(5分)一列简谐横波某时刻波形如图甲所示,由该时刻开始计时,质点L的振动情况如图乙所示。下列说法正确的是 (　　　)
A.质点N比M先回到平衡位置
B.该时刻质点K与M的加速度相同
C.开始计时后经四分之一周期,质点N通过的路程小于一个振幅
D.某人向着波源方向奔跑,观察到的波的频率比波源的频率低
C
解析:由“微平移法”可知该时刻质点N向y轴正方向运动,易知质点N比质点M晚回到平衡位置,故A错误;因K、M之间间隔半个波长,K、M的振动步调始终相反,因此该时刻质点K与M的速度均为0,但加速度大小相等,方向相反,故B错误;由题可知开始时质点N向y轴正方向运动,经过四分之一个周期,质点N速度减小、加速度增大,速度减为0,后质点N向y轴负方向运动,速度增大、加速度减小,故质点N通过的路程小于一个振幅,故C正确;根据多普勒效应,观测者与波源相互接近时,观测者接收到的频率比波源的频率高,故D错误。
10.(5分)(2023·广东卷)渔船常用回声探测器发射的声波探测水下鱼群与障碍物。声波在水中传播速度为1 500 m/s,若探测器发出频率为1.5×106 Hz的声波,下列说法正确的是 (　　　)
A.两列声波相遇时一定会发生干涉
B.声波由水中传播到空气中,波长会改变
C.该声波遇到尺寸约为1 m的被探测物时会发生明显衍射
D.探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度无关
B
解析:根据多普勒效应可知,探测器接收到的回声频率与被探测物相对探测器运动的速度有关,而两列声波发生干涉的条件是频率相等,所以两列声波相遇时不一定发生干涉,故A、D错误;声波由水中传播到空气中时,声波的波速发生变化,所以波长会发生改变,故B正确;根据波长的计算公式可得λ== m=1×10-3 m,当遇到尺寸约为1 m的被探测物时不会发生明显衍射,故C错误。
11.(5分)(多选)关于下列四幅图,说法正确的是 (　　　)
AC
A.图甲中,水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生折射
B.图乙中,增大狭缝的宽度,水波的衍射现象会更明显
C.图丙中,多普勒测速仪利用反射波的频率变化来测定流速
D.图丁中,若摆长适当减小,共振曲线的峰将向左移动
解析:题图甲中,水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生折射,故A正确;当波的波长比障碍物的尺寸大或差不多时,将发生明显的衍射现象,题图乙中,增大狭缝的宽度,水波的衍射现象变得不明显,故B错误;题图丙中,多普勒测速仪利用反射波的频率变化来测定流速,故C正确;根据单摆周期公式T=2π,可知若摆长适当减小,单摆周期减小,频率增大,则题图丁中,共振曲线的峰将向右移动,故D错误。
12.(5分)(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轴正方向一侧的观察者(x>40 cm),接收到的频率大于5 Hz
B.位于x轴负方向一侧的观察者,接收到的频率大于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
解析: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,根据多普勒效应可知,位于x轴正方向一侧的观察者(x>40 cm),接收到的频率大于5 Hz,位于x轴负方向一侧的观察者,接收到的频率小于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,小球移动的速度为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。
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