第十二章 5~6

1、5多普勒效應6惠更斯原理學習目標1.了解多普勒效應，并能運用多普勒效應解釋一些物理現象.2.知道什么是波面和波線，了解惠更斯原理.3.知道波傳播到兩種介質交界面時會發(fā)生反射、折射現象，并能用惠更斯原理進行解釋一、多普勒效應1多普勒效應波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現象2多普勒效應產生的原因(1)當波源與觀察者相對靜止時，1 s內通過觀察者的波峰(或密部)的數目是一定的，觀察到的頻率等于波源振動的頻率(2)當波源與觀察者相向運動時，1 s內通過觀察者的波峰(或密部)的數目增加(填“增加”或“減小”)，觀察到的頻率增加(填“增加”或“減小”)；反之，當波源與觀察

2、者互相遠離時，觀察到的頻率減小(填“增加”或“減小”)3應用(1)測車輛速度(2)測星球速度(3)測血流速度二、惠更斯原理1波面和波線波面：任何振動狀態(tài)相同的點組成的一個個圓波線：代表了波的傳播方向，與波面垂直的線2惠更斯原理(1)定義：介質中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進方向的包絡面就是新的波面(2)應用：用惠更斯原理可以說明平面波的傳播，解釋波的衍射，不能解釋波的強度無法說明衍射現象與狹縫或障礙物的大小的關系3波的反射和折射(1)反射現象：波遇到介質界面會返回原介質繼續(xù)傳播的現象(2)折射現象：波從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發(fā)生改變的

3、現象即學即用1判斷下列說法的正誤(1)發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率發(fā)生了變化(×)(2)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應(×)(3)波發(fā)生反射和折射時波的頻率都不變，但波長、波速均發(fā)生變化(×)(4)波的折射現象和反射現象都可以用惠更斯原理解釋()2如圖1表示產生機械波的波源S做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰該圖表示_現象，觀察到波的頻率最高和最低的位置分別是_、_.圖1答案多普勒效應AB一、多普勒效應導學探究警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對于警車向你靠近和警車遠離的過程，你會聽到警笛的聲音在變化思考下列問題：(1)你聽到警笛的音調有何不同？(2

4、)實際上警笛的音調會變化嗎？(3)聽到音調發(fā)生變化的原因是什么？答案(1)警車駛來時，音調變高；警車遠離時音調變低(2)實際上警笛的音調不會變化(3)警車與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率減小，因此會感覺警笛音調變化知識深化多普勒效應產生的原因分析1相對位置變化與頻率的關系(規(guī)律)相對位置圖示結論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所示f觀察者f波源音調不變波源S不動，觀察者A運動，由AB或AC，如圖所示若靠近波源，由AB，則f觀察者>f波源，音調變高；若遠離波源，由AC，則f觀察者<f波源，音調變低觀察者A不動，波源S運動，由SS，如圖所

5、示f觀察者>f波源音調變高2.成因歸納根據以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應時，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動，且兩者間距發(fā)生變化例1關于多普勒效應，下列說法中正確的是()A發(fā)生多普勒效應時，波源頻率發(fā)生了變化B要發(fā)生多普勒效應，波源和觀察者必須有相對運動且兩者間距發(fā)生變化C火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調變低，火車離你遠去時，你聽到的汽笛聲音調變高D只有聲波才能發(fā)生多普勒效應答案B解析發(fā)生多普勒效應時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，波源和觀察者必須有相對運動，且兩者間距發(fā)生變化才造成聽起來頻率變化，故A錯誤，B正確；根據多普勒效應可知，當波源和觀察者間距變小，觀察者接收到的頻率一定

6、比波源頻率高當波源和觀察者間距變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低，故C錯誤；所有波都能發(fā)生多普勒效應，故D錯誤多普勒效應的判斷方法1確定研究對象(波源與觀察者)2確定波源與觀察者兩者間距是否發(fā)生變化若有變化，能發(fā)生多普勒效應，否則不發(fā)生3判斷：當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變針對訓練(多選)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的音樂當火車靜止，觀察者也靜止時，觀察者聽到并記住了這個音樂的音調以下情況中，觀察者聽到這個音樂的音調比原來降低的是()A觀察者靜止，火車向他駛來B火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運動C觀察者靜止，火車離他遠去D火

7、車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動答案CD解析根據多普勒效應可知，當波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高當波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低觀察者聽到這個音樂的音調比原來降低，即接收到的聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間的距離在變大所以A、B錯誤，C、D正確二、惠更斯原理1惠更斯原理的實質波面上的每一點(面元)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡面就是該時刻總的波動的波面其核心思想是介質中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的2惠更斯原理的局限性波的直線傳播、反射、折射等都能用此來進行較好的解

8、釋但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現象與狹縫或障礙物大小的關系例2(多選)對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是()A同一波面上的各質點振動情況完全相同B同一波面上的各質點振動情況可能不相同C球面波的波面是以波源為中心的一個個球面D無論怎樣的波，波線始終和波面垂直答案ACD解析按照惠更斯原理：波面是由任意時刻振動情況完全相同的點構成的面，故A正確，B錯誤由波面和波線的概念，不難判定C、D正確三、波的反射和折射及應用導學探究如圖2所示，當波從介質傳播到兩介質的交界面時，返回介質的波和進入介質的波的頻率變化嗎？波長變化嗎？圖2答案返回介質時波的頻率和波長均不變，進入介質的波的頻率不變，

9、波速變化，由vf得，波長變化知識深化對波的反射和折射的理解(1)頻率是由振源決定的，介質中各個質點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的(2)波速是由介質決定的，波反射時是在同一介質中傳播，因此波速不變，波折射時是在不同介質中傳播，因此波速改變(3)波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據公式可知波長不改變；在波的折射中，當進入新的介質中波速增大時，由可知波長變大；反之變小例3圖3中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()圖3A2與1的波長、頻率相等，波速不等B2與1的波速、頻率相等，波長不等C3與1的波速、頻率、波長均

10、相等D3與1的頻率相等，波速、波長均不等答案D解析波線1、2都在介質a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波線1、3是在兩種不同介質中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由得波長不同，故C錯，D對例4某測量員利用回聲測距，他站在兩平行墻壁間某一位置鳴槍，經過1 s第一次聽到回聲，又經過0.5 s再次聽到回聲，已知聲速為340 m/s，則兩墻壁間的距離為多少？答案425 m解析設測量員離較近的墻壁的距離為x，則他離較遠的墻壁的距離為sx，2xvt12(sx)v(t1t)其中t0.5 s，t11 s，代入數據得：s425 m.回聲測距的三種情況1當聲源不動時，聲波遇到了障礙物

11、后會返回繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下用的時間相等，設經時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為sv聲·.2當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s(v聲v)·.3當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s(v聲v)·.1(對多普勒效應的理解)(多選)一頻率為600 Hz的聲源以20 rad/s的角速度沿一半徑為0.80 m的圓周做勻速圓周運動，一觀察者站在離圓心很遠的P點且相對于圓心靜止，如

12、圖4所示，下列判斷正確的是()圖4A觀察者接收到聲源在A點發(fā)出聲音的頻率大于600 HzB觀察者接收到聲源在B點發(fā)出聲音的頻率等于600 HzC觀察者接收到聲源在C點發(fā)出聲音的頻率等于600 HzD觀察者接收到聲源在D點發(fā)出聲音的頻率小于600 Hz答案AB2(多普勒效應的應用)(多選)下面哪些應用是利用了多普勒效應()A利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度B交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的波，波被運動的汽車反射回來，根據接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D有經驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行

13、的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去答案ABD3(對惠更斯原理的理解)(多選)下列關于惠更斯原理的說法正確的是()A惠更斯原理能夠解釋波的反射現象和折射現象B惠更斯原理能夠解釋波的衍射現象C介質中任何一個波面的各點，都可以看成發(fā)射子波的波源D惠更斯原理能夠解釋衍射現象與障礙物或孔的大小的關系答案ABC解析惠更斯原理解釋了波的傳播相關的問題，所以能夠解釋波的反射現象和折射現象，故A正確；同樣對波的衍射現象，惠更斯原理也可以解釋，但不能解釋衍射現象與孔或障礙物大小的關系，故B正確，D錯誤；由惠更斯原理可知，C正確4(波的反射和折射)一列聲波在空氣中的波長為0.2 m當該聲波從空氣中以某一角度傳入介質

14、中時，波長變?yōu)?.6 m，如圖5所示，若空氣中的聲速是340 m/s.求：圖5(1)該聲波在介質中傳播時的頻率；(2)該聲波在介質中傳播的速度；(3)若聲波垂直進入介質，經0.4 s返回空氣，則介質的深度為多少？答案(1)1 700 Hz(2)1 020 m/s(3)204 m解析(1)聲波在空氣中傳播時，由vf得：f Hz1 700 Hz.由于聲波在不同介質中傳播時，頻率不變，所以聲波在介質中傳播時，頻率為1 700 Hz.(2)由vf得聲波在介質中的傳播速度為v22f0.6×1 700 m/s1 020 m/s.(3)聲波經0.2 s傳至介質底部，故介質的深度hv2·1

15、 020×0.2 m204 m.一、選擇題考點一多普勒效應1(多選)下列哪些現象是多普勒效應()A遠去的汽車聲音越來越小B炮彈迎面飛來，聲音刺耳C火車向你駛來時，音調變高；離你而去時，音調變低D大風中，遠處人的說話聲時強時弱答案BC解析A項和D項中所說的現象是能量傳遞的問題，不是多普勒效應B、C兩項所發(fā)生的現象是多普勒效應2(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比()A波速變大 B波速不變C頻率變高 D頻率不變答案BC解析漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，波速由介質決定，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比波速不變

16、，根據聲音的多普勒效應，聲源移向觀察者時接收頻率變高，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比頻率變高3(多選)如圖1所示，將上下振動的振針水平移動，移動過程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是()圖1A振針向右移動B振針向左移動C在A處的觀察者，接收到的水波頻率變小D在A處的觀察者，接收到的水波頻率變大答案AC解析振針(波源)前進方向上的水波變得密集，在其反方向的水波變得稀疏，因此振針向右移動；由于波源遠離觀察者時，水波波長變長，觀察者接收到的頻率變小，故A、C正確4平直公路上，汽車正在勻速遠離，用多普勒測速儀向其發(fā)出頻率為f0的超聲波，被汽車反射回來的超聲波的頻率隨汽車

17、運動位移變化的圖象，正確的是()答案D解析汽車正在勻速遠離，速度恒定，接收到的反射波的頻率也是恒定的由于是遠離，汽車反射波的頻率應該小于發(fā)出波的頻率，所以選項D正確5(多選)如圖2所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐在秋千上來回擺動，下列關于女同學的感受的說法正確的是()圖2A女同學從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調變高B女同學從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調變高C女同學在C點向右運動時，她感覺哨聲音調不變D女同學在C點向左運動時，她感覺哨聲音調變低答案AD解析女同學蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢，根據多普勒效應，她都感到哨聲音調變高；反之女同學向左運動時，她感

18、到音調變低，選項A、D正確，B、C錯誤6頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(uv)，f表示接收器接收到的頻率若u增大，則()Af增大，v增大 Bf增大，v不變Cf不變，v增大 Df減小，v不變答案B解析由于聲波的速度只由介質決定，故v不變，根據多普勒效應可知，當聲源接近接收器時接收到的頻率變高，f增大，故B項正確 考點二惠更斯原理7(多選)下列說法正確的是()A波線表示波的傳播方向B波面表示波的傳播方向C只有橫波才有波面D波傳播中某時刻任一波面上各子波波面的包絡面就是新的波面答案AD解析波線表示波的傳播方向，故A正確，B錯誤；所有的波都具有波面，

19、故C錯誤；由惠更斯原理可知，D正確8(多選)下列說法中正確的是()A根據惠更斯原理可知，介質中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源B惠更斯原理只能解釋球面波的傳播，不能解釋平面波的傳播C若知道某時刻一列波的某個波面的位置，由惠更斯原理就可以確定波的傳播方向D惠更斯原理不但可以解釋波的直線傳播，還可以解釋波的反射與折射等相關現象答案AD解析惠更斯原理將介質中任一波面上的各點看做發(fā)射子波的波源，可以解釋波傳播中的包括反射、折射在內的傳播規(guī)律，故A、D正確考點三波的反射與折射9關于波的反射與折射，下列說法正確的是()A入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變B入射波的波長一定小于反射波的波

20、長，其頻率不變C入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變D入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變答案A解析入射波與反射波在同種介質中波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由vf知波長相同，選項A正確，B錯誤；因不知介質情況，入射波與折射波波長無法比較，選項C、D錯誤10(多選)以下關于波的認識，正確的是()A潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C雷達的工作原理是利用波的干涉D水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現象，是波的折射現象答案ABD解析潛艇探測周圍物體利用了反射原理，A對；隱形飛機可以減少波的反射，B對；雷達工作原理利用了波的反射，C錯；水波的傳播方向發(fā)生變化，屬于波的折射，D對二、非選擇題11(多普勒效應)公路巡警開車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡