资源简介

3.6　多普勒效应
【学习目标】
1.通过任务1及其活动，了解多普勒效应，能够分析其成因。(物理观念、科学探究)
2.通过任务2及其活动，会用多普勒效应的知识，分析生产生活中相关的事例。(科学思维、科学态度与责任)
【自主预习】
思考并回答问题。
思考1：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，当女同学靠近或远离男同学时，她听到的哨音有变化吗


思考2：固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动时拍得一幅如图所示的照片，显示出此时波的图样。由照片可知，振动片正在向图中哪个方向移动 单位时间内是水波槽左边接收到的完全波个数多还是右边接收到的完全波个数多

正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的。 (　　　)
(2)只要波源与观察者之间有相对运动就会产生多普勒效应。 (　　　)
(3)发生多普勒效应时，观察者接收到的频率和波源的频率都变化。 (　　　)
(4)某天体发出光波的频率红移，说明该天体正靠近地球。 (　　　)
(5)医生对病人血管某部位进行彩超检查时发现反射波频率不变，说明有阻塞。 (　　　)
(6)战斗机靠近被锁定的地面目标时，反射回来的电磁波频率增大。 (　　　)
【合作探究】
任务1　多普勒效应成因分析
“眼见为实，耳听为虚。”耳朵有时会欺骗我们，眼睛也不例外!
1.火车经过身旁时，人听到的声音音调有何变化


2.人听到的声音音调发生变化是不是波源的振动频率发生变化导致的


3.当波源不动，观察者靠近波源时，观察者的接收频率与波源的频率有什么关系


1.两个基本概念
(1)波源的频率：①　　　波源发出完全波的个数。
(2)观察者接收到的频率：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。
2.多普勒效应
(1)波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率②　　　波源发出的频率。
(2)波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率③　　　波源发出的频率。
活动　问题讨论
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。

应用　相对位置变化与频率的关系
上课时老师将一蜂鸣器固定在木棍一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，同学们听到蜂鸣器音调竟然忽高忽低，下列判断正确的是 (　　　)
A.旋转时蜂鸣器发声的频率变化了
B.由于旋转，同学们听到的声音频率改变了
C.蜂鸣器音调变低时，一定是向靠近学生的方向运动
D.音调的忽高忽低是波的干涉造成的
音调与什么相关

【归纳总结】
相对位置 图示 结论
波源S和观察者A相对静止，如图所示 f波源=f观察者，音调不变
波源S不动，观察者A运动，A→B或A→C，如图所示 若靠近波源，A→B，则f波源f观察者，音调变低
观察者A不动，波源S运动，S→S2，如图所示 f波源任务2　多普勒效应的应用
图1　　　　　　　　　　图2
　　1.如图1所示，交通警察向行驶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时，接收到的频率发生变化，由此可测出汽车的速度。
2.彩超：全名为彩色多普勒超声，彩超仪在B超的基础上增加了彩色多普勒血流成像系统，可以显示血流方向、速度，形成血流状态的图像，如图2所示。
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。这种现象说明了什么


多普勒效应的应用：
(1)交通中的“测速仪”。
(2)医学中的“彩超”。
(3)天文中的“红移现象”。
活动　天文现象解释
如图所示，天文学家观察到，来自遥远星体的光
相比来自较近星体同物质发出的光，波长变长。由此，天文学家得出结论：遥远星体正在远离地球。请根据多普勒效应解释一下这是为什么。

应用　电磁波的多普勒效应
如图所示，静止轨道卫星Q在轨道上稳定运行，P为赤道平面上的监测站，为实时监测卫星运行状况，卫星Q持续向监测站P发射频率为f的电磁波，则卫星Q从A运行到B的过程中，关于监测站P接收的电磁波频率，下列说法正确的是 (　　　)
A.监测站P接收的电磁波频率先减小后增大
B.监测站P接收的电磁波频率先增大后减小
C.监测站P接收的电磁波频率一直保持不变
D.监测站P接收的电磁波频率一直减小
【随堂检测】
1.(任务1)张飞声若洪钟，喊着“大哥”朝刘备策马奔去，刘备也激动地朝张飞飞奔过去。假设张飞的声音是持续且稳定的，在接近张飞的过程中，刘备会感到张飞的声音音调 (　　　)
A.变高
B.变低
C.不变
D.可能变高也可能变低
2.(任务1)用水波演示多普勒效应原理的实验照片如图所示，波源以固定频率振动并以恒定速度移动，质点A、B位于水波对称轴x轴上，下列说法正确的是 (　　　)
A.A处波速小于B处波速
B.A处波速大于B处波速
C.波源向x轴正方向运动
D.波源向x轴负方向运动
3.(任务2)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
4.(任务2)我国研制的“复兴号动车组”首次实现了时速350 km/h的自动驾驶，此时多普勒效应会影响无线通信系统稳定，这要求通信基站能分析误差并及时校正。如图，一辆行驶的动车组发出一频率为f0、持续时间为Δt0的通信讯号，与动车组行驶方向在同一直线上的通信基站A、B接收到信号的频率和持续时间分别为fA、ΔtA和fB、ΔtB，下列判断正确的是 (　　　)
A.fA>f0，ΔtA<Δt0
B.fAΔt0
C.fB>f0，ΔtB>Δt0
D.fB参考答案
自主预习·悟新知
思考1：在女同学荡秋千的过程中，只要她靠近男同学，根据多普勒效应，她都会感觉哨声音调变高；反之，当女同学远离男同学时，她就会感觉音调变低。
思考2：振动片正在向左移动，左边接收到的完全波个数多。
判断　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1. 音调先变高，声音越来越刺耳；后变低，声音越来越低沉。
2.不是，音调发生变化是观察者的接收频率变化导致的。
3.观察者在相同时间里接收到的波的个数大于波源发出的波的个数，即接收频率大于波源的频率。
知识生成　①单位时间内　②大于　③小于
应用探究
活动　【提示】被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高。理由：渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，波速由介质决定，被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比波速不变，根据声音的多普勒效应，声源向观察者靠近时，观察者接收到的频率变高，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。
例1　【答案】B
【提示】频率。
【解析】旋转过程中，声源(蜂鸣器)与同学们的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，故D项错误；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，故A项错误，B项正确；当蜂鸣器远离学生时，听到声音的频率变小，即音调变低，故C项错误。
任务2
问题引领
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(波长变大)的红端移动。科学家根据红移的大小可以算出这种远离运动的速度。这是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。
应用探究
活动　【提示】多普勒效应指的是波源和接收者相对靠近时，会使接收到的频率升高，波源和接收者相对远离时，会使接收到的频率降低。若遥远星体正在远离地球，则两者相对远离，我们接收到的光的频率降低，由λ=可知，波长会变长，故来自遥远星体的光相比来自较近星体同物质发出的光，波长变长，这就能说明遥远星体正在远离地球。
例2　【答案】C
【解析】因为卫星Q是静止轨道卫星，与地球有相同的角速度，P为赤道平面上的监测站，则P、Q相对静止，即卫星Q从A运行到B的过程中，P、Q的相对位置不变，根据多普勒效应可知，监测站P接收的电磁波频率不变。C项正确。
随堂检测·精评价
1.A　【解析】根据多普勒效应可知，当观察者与波源相互靠近时，接收到的频率会变大，刘备会感到张飞的声音音调变高。
2.D　【解析】机械波传播速度与介质有关，A、B位于同一介质，故波速相等，A、B两项错误；在A点单位时间内接收到的波面比B点多，则在A点观察到的频率比在B点观察到的频率高，因此波源向x轴负方向运动，C项错误，D项正确。
3.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，根据声音的多普勒效应可知，声源和观察者靠近时接收频率变高，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，D项正确，A、B、C三项错误。
4.A　【解析】根据多普勒效应，远离波源的接收者接到的频率变小，接近波源的接收者接收到的频率变大，则fA>f0，fBT0，所以ΔtA<Δt0，ΔtB>Δt0。A项正确。

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