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第5节 多普勒效应

【教学目标】
1．通过实验感受多普勒效应。
2．初步定性解释多普勒效应产生的原因。
3．列举多普勒效应的应用实例
【教学重点】
多普勒效应及其原因
【教学难点】
多普勒效应的应用

【自主学习】
1．演示实验：蜂鸣器音调的变化
将一个以电池做电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。用竹竿把蜂鸣器举起后在头顶快速转动，听听它的声音有什么变化。

2．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化。人们把这种现象叫做 。




3．要了解多普勒效应，可以做如下的模拟实验。让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，假设每分钟有30个人从他身边通过，如图甲所示，这种情况下的“过人频率”是30人每分。如果观察者逆着队伍行走，每分钟与观察者相遇的人数增加，也就是频率增加，如图乙所示；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低，如图丙所示。




4．定性解释多普勒效应
（1）声音是由振动产生的，振动的频率决定声波的音调。
（2）声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数；而观察者听到的声音的音调，是由观察者感受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。


（3）如图所示，当波源S和观察者A都不动，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数不变，观察者所接收到的频率等于声源发出的频率。听到的是“原声原调”。


（4）如图所示，波源不动，观察者向波源由A点运动到B点，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，观察者所接收到的频率大于声源发出的频率；同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，观察者所接收到的频率小于声源发出的频率。


（5）如图所示，观察者不动，波源向右运动时，波源右方的波面变得密集，左方的波面变得稀疏，也就是说，波源右方的波长变短，左方的波长变长。因此当观察者在波源右方时，单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大。同理，当观察者在波源的左方时，接收到的频率减小。


5．对于多普勒效应的小结：
（1）声源与观察者相对静止，在单位时间内，观察者所接收到的频率等于声源发出的频率；
（2）声源与观察者相对靠近，在单位时间内，观察者所接收到的频率大于声源发出的频率；
（3）声源与观察者相对远离，在单位时间内，观察者所接收到的频率小于声源发出的频率。

6．多普勒效应的应用
（1）交通警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。装有多普勒测速仪的监视器有时就装在公路上方，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。
（2）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。
（3）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。


【典题训练】
1．下列说法中正确的是（ ）
A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了
B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化
C．多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的
D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的

2．关于多普勒效应，下列说法中正确的是（ ）
A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
B．当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应
C．机械波能发生多普勒效应，而光波则不能
D．火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高

2．新型列车动车组速度可达300km/h，与该车汽笛声的音调相比，
（1）站在车前方路旁的人听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)，站在车后方路旁的人听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。
（2）迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样？此时列车汽笛发出的声波频率变化了吗？
（3）坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样？

4．如图所示，由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？设波速为340m/s，则要让观察者完全接收不到波，他每秒要运动多少米？

5．如图所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）波源正在向哪处移动（ ）
A．A B．B C．C D．D
（3）观察到波的频率最低的位置是（ ）
A．A B．B C．C D．D

6．公路巡警开车在高速公路上以100km/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100km/h B．低于100km/h C．等于100km/h D．无法确定

7．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．多普勒效应说明波源的频率发生了改变
C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的
D．只有声波才可以产生多普勒效应

8．有经验的铁路养护人员可以从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

9．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(u＜V)，ν表示接收器接收到的频率．若u增大，则（ ）
A．ν增大，V增大 B．ν增大，V不变 C．ν不变，V增大 D．ν减小，V不变

10．火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是（ ）
A．观察者静止，火车向他驶来
B．观察者静止，火车离他驶去
C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动
D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动

11．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是（ ）
A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39000Hz
B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率
C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率
D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz


12．波源振动的频率为?0，波源在介质中运动时，波源的前方介质振动的频率为?1，波源
后方介质振动的频率为?2，则三者的关系为（ ）
A．?1＝?2＝?0 B．?1＝?2>?0 C．?1＝?2
13．当人听到声音的频率越来越低时，可能的原因是（ ）
A．声源和人都是静止的，声源振动的频率越来越低
B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，声源振动的频率不变
C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，声源振动的频率不变
D．人静止，声源远离人做匀减速直线运动，声源振动的频率不变

14．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判断飞行炮弹是接近还是远去

15．如图所示，让小球P一边贴水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动，O点是它的初始位置。图示为观察到的某一时刻的水面波，图中的实线表示水面波的波峰位置，此时小球P处于波峰位置，激起的第一个波峰刚好传到40cm处，那么水面波的传播速度及小球P匀速移动的速度分别是（ ）
A．0.05m/s；0.025m/s B．0.1m/s；0.1m/s
C．0.15m/s；0.125m/s D．0.2m/s；0.1m/s

16．如图所示，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＝400m/s。为了接收信号，在x＝400m处设有一接收器A(图中未标出)。已知t＝0时，波已经传播到x＝40m，则下列说法中正确的是（ ）
A．波源振动的周期为0.05s
B．x＝40m处的质点在t＝0.5s时位移最大
C．接收器在t＝1.0s时才能接收到此波
D．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20Hz

17．轮船在进港途中的x-t图象如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个（ ）




18．如图所示a、b、c分别反映了飞机以三种不同速度在空中(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点表示飞机的位置。请你利用给出的图，确定飞机飞行速度最大的是___(填a、b、c)。


【教学反思】

参考答案：
【典题训练】
1．BCD
2．B
3．（1）偏高，偏低；（2）偏高，没有变；（3）音调没有变；
4．19个，340m；
5．（1）D；（2）A；（3）B；
6．D
7．C
8．C
9．B
10．BD
11．C
12．D
13．AC
14．ABD
15．D
16．AD
17．A
18．C


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