3.5多普勒效應(yīng)（解析版）

3.5多普勒效應(yīng)基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理1.多普勒效應(yīng)波源與觀察者互相或者互相時，接收到的波的都會發(fā)生變化的現(xiàn)象.2.多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)當(dāng)波源與觀察者相對時，1s內(nèi)通過觀察者的(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察到的頻率等于的頻率.(2)當(dāng)波源與觀察者時，1s內(nèi)通過觀察者的(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加；反之，當(dāng)波源與觀察者互相時，觀察到的頻率.3.應(yīng)用(1)測車輛速度.(2)測星球速度.(3)測血流速度.【參考答案】靠近遠(yuǎn)離頻率靜止波峰波源振動相向運動波峰遠(yuǎn)離減小典型例題分析典型例題分析考點一：根據(jù)多普勒效應(yīng)判斷波源和觀察者的運動【例1】下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法正確的是（）A．醫(yī)院檢查身體的“彩超”儀運用了多普勒效應(yīng)B．大風(fēng)中，遠(yuǎn)處人的說話聲時強時弱C．由地球上接收到的遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波發(fā)生“紅移”現(xiàn)象（各條譜線的波長均變長），可以判斷遙遠(yuǎn)天體正靠近地球D．靜止的觀察者聽到某個單一頻率聲源發(fā)出的聲音頻率越來越高，說明聲源正在遠(yuǎn)離觀察者【答案】A【詳解】A．醫(yī)院檢查身體的“彩超”儀是通過測出反射波的頻率變化來確定血流的速度，顯然是運用了多普勒效應(yīng)，故A正確；B．大風(fēng)中，遠(yuǎn)處人的說話聲時強時弱是能量傳遞的問題，故B錯誤；C．“紅移”現(xiàn)象中光波頻率變小，因此遙遠(yuǎn)天體正在遠(yuǎn)離地球，故C錯誤；D．當(dāng)波源與觀察者相互靠近時，觀測到的頻率增大，反之，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀測到的頻率減小，故D錯誤。故選A?！咀兪骄毩?xí)】1．關(guān)于多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，下列說法中錯誤的是（）A．發(fā)現(xiàn)星系譜線的“紅移”現(xiàn)象B．利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運動方向C．利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對地球的運動速度D．目前在技術(shù)上人們只能利用聲波發(fā)生的多普勒效應(yīng)【答案】D【詳解】A．星系譜線的“紅移”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是多普勒效應(yīng)在天體運動中的應(yīng)用，故A正確；B．利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運動方向，這是多普勒效應(yīng)在機械運動中的應(yīng)用，故B正確；C．利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對地球的運動速度，這是多普勒效應(yīng)在天體運動中的應(yīng)用，故C正確；D．人們已可以利用電磁波的多普勒效應(yīng)進(jìn)行各種測量，故D錯誤。2．關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是（）A．只要波源在運動，就一定能觀測到多普勒效應(yīng)B．只要觀測者在運動，就一定能觀測到多普勒效應(yīng)C．只要波源與觀測者之間有相對運動且兩者間距發(fā)生變化，就一定能觀測到多普勒效應(yīng)D．當(dāng)發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀測者感覺到的頻率一定增大【答案】C【詳解】ABC．只有波源與觀測者之間有相對運動且兩者間距發(fā)生變化，才能觀測到多普勒效應(yīng)，AB錯誤，C正確；D．當(dāng)發(fā)生多普勒效應(yīng)時，若波源與觀測者相互接近，觀測者感覺到的頻率增加，反之減小，D錯誤。故選C。考點二：利用多普勒效應(yīng)計算觀察者接收到的頻率【例2】關(guān)于聲音的產(chǎn)生和傳播，下列說法正確的是（）A．換用木錘替代橡膠錘敲擊音叉，音叉發(fā)出聲音的音調(diào)變高B．當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)參與振動的頻率等于聲波頻率C．空氣中超聲波傳播速度遠(yuǎn)大于普通聲波傳播的速度D．超聲波測速儀迎著汽車行駛方向發(fā)射超聲波，測速儀接收到的反射回波的頻率小于超波源的頻率【答案】B【詳解】A．音叉振動的頻率始終等于其固有頻率，音調(diào)不變，故A錯誤；B．波傳播時，介質(zhì)的振動頻率等于波源的振動頻率，故B正確；C．超聲波也是聲波，傳播速度與普通聲波相同，故C錯誤；D．根據(jù)多普勒效應(yīng)，距離變近，測速儀接收到的反射回波的頻率大于超波源的頻率，故D錯誤。故選B。【變式練習(xí)】1．假如一輛汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是（）A．當(dāng)汽車向你駛來時，聽到聲音的頻率等于300HzB．當(dāng)汽車向你駛來時，聽到聲音的頻率小于300HzC．當(dāng)汽車和你擦身而過后，聽到聲音的頻率大于300HzD．當(dāng)汽車和你擦身而過后，聽到聲音的頻率小于300Hz【答案】D【詳解】AB．汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300Hz，當(dāng)汽車向你駛來時，兩者間距變小，則聽到喇叭聲音的頻率大于300Hz，故AB錯誤；CD．汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300Hz，當(dāng)汽車和你擦身而過后，兩者間距變大，則聽到喇叭聲音的頻率小于300Hz，故C錯誤，D正確。故選D。2．下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法中，不正確的是（）A．多普勒效應(yīng)是當(dāng)波源和觀測者相對介質(zhì)運動時，觀測頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象B．機械波和光波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)C．當(dāng)波源靜止，觀測者向著波源運動時，觀測者接收的波速不變，波長變長D．觀測者靜止，波源向著觀測者運動時，觀測者接收的波長變短，波速不變【答案】C【詳解】A．多普勒效應(yīng)是當(dāng)波源和觀測者相對介質(zhì)運動時，觀測頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象，A正確；B．機械波、電磁波和光波都會發(fā)生多普勒效應(yīng)，B正確；CD．根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源靠近接收者時，接收者接收到的波的頻率比波源頻率高，波速不變，根據(jù)波長變短，C錯誤D正確。故選C。考點三：利用多普勒效應(yīng)計算觀察者接收到的頻率【例3】多普勒效應(yīng)在生產(chǎn)生活中有廣泛應(yīng)用，下面關(guān)于多普勒效應(yīng)的相關(guān)敘述中，錯誤的是（）A．當(dāng)觀察者與波源相互靠近時，觀察者接收到的波的頻率一定越來越大B．當(dāng)人聽到聲音的頻率越來越低時，原因可能是聲源振動頻率不變，人靜止，聲源遠(yuǎn)離人做勻加速直線運動C．儀器向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法俗稱“彩超”，它利用了多普勒效應(yīng)D．測量某是球上某些元素的發(fā)光須率，與地球上這些元素靜止時的發(fā)光頻率對照，就可以得出該星球靠近或者遠(yuǎn)離地球的速度大小，這是利用了光的多普勒效應(yīng)【答案】A【詳解】A．當(dāng)觀察者與波源相互靠近時，觀察者接收到的波的頻率比波源發(fā)出的頻率大，但不知道觀察者與波源是勻速靠近，還是加速靠近，或者減速靠近，故觀察者接收到的波的頻率不一定越來越大，A錯誤，符合題意；B．聲源振動頻率不變時，當(dāng)聲源遠(yuǎn)離人且做勻加速直線運動，人接收到聲源的頻率會越來越低，B正確，不符合題意；C．儀器向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法俗稱“彩超”，它利用了多普勒效應(yīng)，C正確，不符合題意；D．測量某是球上某些元素的發(fā)光須率，與地球上這些元素靜止時的發(fā)光頻率對照，就可以得出該星球靠近或者遠(yuǎn)離地球的速度大小，這是利用了光的多普勒效應(yīng)，D正確，不符合題意。故選A?！咀兪骄毩?xí)】1．平直公路上，汽車正在勻速遠(yuǎn)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運動位移變化的圖像，正確的是（）A． B．C． D．【答案】D【詳解】由多普勒效應(yīng)，設(shè)該超聲波在空氣中傳播速度為，汽車遠(yuǎn)離的速度為，則汽車反射波的頻率，恒定，則汽車反射波的頻率恒定，且小于。故選D。2．雷達(dá)是利用無線電波的回波來探測目標(biāo)方向和距離的一種裝置，雷達(dá)的天線猶如喊話筒，能使電脈沖的能量集中向某一方向發(fā)射；接收機的作用則與人耳相仿，用以接收雷達(dá)發(fā)射機所發(fā)出電脈沖的回波。測速雷達(dá)主要是利用多普勒效應(yīng)原理，可由回波的頻率改變數(shù)值，計算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對速度，以下說法錯誤的（）A．雷達(dá)發(fā)射的是不連續(xù)的電磁波B．雷達(dá)用的是微波波段的無線電波C．目標(biāo)離雷達(dá)天線而去時，反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率D．目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率【答案】C【詳解】A．雷達(dá)發(fā)射的是不連續(xù)的電磁波，A正確，不符合題意；B．雷達(dá)用的是微波波段的無線電波，B正確，不符合題意；CD．根據(jù)多普勒效應(yīng)，目標(biāo)離雷達(dá)天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射信號頻率；目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率，C錯誤，符合題意，D正確，不符合題意。故選C。方法探究方法探究多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因分析1.相對位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)相對位置圖示結(jié)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(diào)不變波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f觀察者>f波源，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f觀察者<f波源，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運動，由S→S′，如圖所示f觀察者>f波源音調(diào)變高2.成因歸納根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應(yīng)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.課后小練課后小練一、單選題1．關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法正確的有（）A．只有機械波才能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)B．電磁波不能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)C．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源的頻率發(fā)生了變化D．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化【答案】D【詳解】AB．多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，無論是機械波還是電磁波，都能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，故A、B錯誤；CD．產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率不變，故C錯誤，D正確。故選D。2．交通電子警察向行駛中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化就能得出車輛的速度。這一技術(shù)主要利用的物理現(xiàn)象為（

）A．共振 B．波的衍射 C．波的干涉 D．多普勒效應(yīng)【答案】D【詳解】交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度，其工作原理利用的是多普勒效應(yīng)。故選D。3．輪船在進(jìn)港途中與港口間的距離隨時間變化規(guī)律如圖所示，則在港口所測到輪船上霧笛發(fā)出聲音的頻率是下列選項圖中的（

）A． B．C． D．【答案】A【詳解】輪船勻速靠近港口的過程中，測到的頻率不隨時間變化，但速度大時，頻率大，由x－t圖像可知，輪船靠近港口時三段時間內(nèi)的速度關(guān)系為v1＞v3＞v2可知f1＞f3＞f2A符合題意，BCD不符合題意。故選A。4．下列選項與多普勒效應(yīng)無關(guān)的是（）A．科學(xué)家用激光測量月球與地球間的距離B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進(jìn)的速度D．科學(xué)家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠(yuǎn)離地球的速度【答案】A【詳解】A．科學(xué)家用激光測量月球與地球間的距離是利用光的反射原理，故A錯誤，符合題意；B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速是利用超聲波的多普勒效應(yīng)，故B正確，不符合題意；C．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進(jìn)的速度是利用超聲波的多普勒效應(yīng)，故C正確，不符合題意；D．科學(xué)家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠(yuǎn)離地球的速度，是利用光的多普勒效應(yīng)，故D正確，不符合題意。故選D。5．分析下列物理現(xiàn)象，屬于多普勒效應(yīng)的是（）A．夏天里在一次閃電過后，有時雷聲轟鳴不絕B．“聞其聲而不見其人”C．圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音D．當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時，我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高【答案】D【詳解】A．該現(xiàn)象屬于波在云層中的反射現(xiàn)象，選項A錯誤；B．該現(xiàn)象屬于聲波的衍射，選項B錯誤；C．該現(xiàn)象屬于聲波的干涉，選項C錯誤；D．該現(xiàn)象屬于多普勒效應(yīng)，故D項正確。故選D。6．下列說法中正確的是（）A．樹枝在風(fēng)的作用下運動是簡諧運動B．受迫振動的頻率由物體的固有頻率決定C．孔的寬度越大波的衍射就越明顯D．當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運動時可以觀察到多普勒效應(yīng)現(xiàn)象【答案】D【詳解】A．質(zhì)點做簡諧運動的條件是質(zhì)點所受的回復(fù)力滿足F=-kx，顯然樹枝在風(fēng)的作用下運動不是簡諧運動，A錯誤；B．作受迫振動的物體的頻率由驅(qū)動力的頻率來決定，與它的固有頻率無關(guān)，B錯誤；C．當(dāng)波長比孔的寬度大得越多或相差不大時，波的衍射越明顯，C錯誤；D．當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀察者接收到的頻率比波源的頻率小，可以觀察到多普勒效應(yīng)現(xiàn)象，D正確。故選D。7．下列說法正確的是（）A．當(dāng)觀察者靠近波源運動時，觀察者觀測到的頻率變小B．“未見其人，先聞其聲”是聲波發(fā)生干涉的結(jié)果C．“回聲”是聲波的衍射現(xiàn)象D．集體列隊經(jīng)過橋梁時要便步走，以防止橋梁發(fā)生共振垮塌【答案】D【詳解】A．根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)觀察者靠近波源運動時，觀察者觀測到的頻率變大，故A正確；B．“未見其人，先聞其聲”是聲波發(fā)生衍射的結(jié)果，故B錯誤；C．“回聲”是聲波的反射現(xiàn)象，故C錯誤；D．集體列隊經(jīng)過橋梁時要便步走，以防止橋梁發(fā)生共振垮塌，故D正確。故選D。8．下面哪些應(yīng)用不是利用了多普勒效應(yīng)（）A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運動速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人將耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D．有經(jīng)驗的戰(zhàn)士利用炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去【答案】C【詳解】A．凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)天體相對地球運動的速度，A不符合題意；B．被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，接收到的頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的知識可以求出運動物體的速度，B不符合題意；C．鐵路工人是根據(jù)振動的強弱變化而對列車的運動作出判斷的，C符合題意；D．炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的運動方向有關(guān)，D不符合題意。故選C。二、多選題9．下列說法正確的是（）A．若宇航員把擺鐘由地球搬到月球表面，擺鐘會變慢B．做簡諧運動的彈簧振子，當(dāng)它每次經(jīng)過同一位置時，加速度與速度一定相同C．機械波在介質(zhì)中的傳播速度僅由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，而與機械波的頻率無關(guān)D．交通警察向遠(yuǎn)離警車的車輛發(fā)送頻率為f的超聲波，測得返回警車的超聲波頻率將大于f【答案】AC【詳解】A．由于月球表面處的重力加速度比地球表面處小，由可知，周期變大，所以宇航員把擺鐘由地球搬到月球表面，擺鐘會變慢，故A正確；B．做簡諧運動的彈簧振子，當(dāng)它每次經(jīng)過同一位置時，加速度方向只有一個，而速度方向有兩個，所以每次經(jīng)過同一位置時，加速度與速度不一定相同，故B錯誤；C．機械波的傳播速度只取決于介質(zhì)，跟頻率無關(guān)，故C正確；D．根據(jù)多普勒效應(yīng)，可知交通警察向遠(yuǎn)離警車的車輛發(fā)送頻率為f的超聲波，測得返回警車的超聲波頻率將小于f，故D錯誤。故選AC。10．關(guān)于教材中出現(xiàn)的以下四張圖片，下列說法正確的是（）A．圖1所示疾馳而過的急救車使人感覺音調(diào)變化，是由于波的疊加引起的B．圖2所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的衍射產(chǎn)生的C．圖3所示泊松亮斑現(xiàn)象是由于光的衍射產(chǎn)生的D．圖4所示水中的氣泡看上去特別明亮，是由于光的全反射引起的【答案】CD【詳解】A．圖1所示疾馳而過的急救車使人感覺音調(diào)發(fā)生變化，當(dāng)急救車靠近時，感覺聲調(diào)變高，反之急救車遠(yuǎn)離時，感覺聲調(diào)變低。這是由于多普勒效應(yīng)引起的，故A錯誤；B．圖2所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的薄膜干涉產(chǎn)生的，故B錯誤；C．圖3所示泊松亮斑現(xiàn)象是由于光的衍射產(chǎn)生的，故C正確；D．圖4所示水中的氣泡看上去特別明亮，是由于光從水進(jìn)入氣泡時發(fā)生了全反射引起的，故D正確。故選CD。11．在坐標(biāo)原點的波源產(chǎn)生一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速v＝100m/s。已知t＝0時，波剛好傳播到x＝40m處，如圖所示，在x＝200m處有一接收器（圖中未畫出），則下列說法正確的是（）A．波源開始振動時方向沿y軸負(fù)方向B．從t＝0開始經(jīng)過0.15s，x＝40m處的質(zhì)點運動路程為0.3mC．接收器在t＝1.8s時才能接收到此波D．若波源向x軸負(fù)方向運動，根據(jù)多普勒效應(yīng)，接收器接收到的波源頻率可能為6Hz【答案】AB【詳解】A．根據(jù)波的圖像和波的傳播方向可知，波源開始振動時方向沿y軸負(fù)方向，A正確；B．根據(jù)波的圖像可知波長λ＝20m，振幅A＝10cm，周期從t＝0開始經(jīng)過0.15s(0.75個周期)，x＝40m處的質(zhì)點運動路程為3個振幅，即B正確；C．接收器在時能夠接收到此波，C錯誤；D．波源頻率為若波源向x軸負(fù)方向運動，根據(jù)多普勒效應(yīng)，接收器接收到的波源頻率小于5Hz，不可能為6Hz，D錯誤。故選AB。12．波速均為1.0m/s的兩列簡諧橫波，分別從波源、處沿x軸相向傳播。時的波形圖如圖所示。下列說法正確的是（）A．時，兩列波相遇B．兩列波相遇過程中，處和處的質(zhì)點振動減弱C．時，處的質(zhì)點位移為0D．當(dāng)波源從處沿x軸正向運動時，在處的觀察者觀察到該簡諧橫波的頻率變大【答案】BD【詳解】A．由題圖可知，時，甲波傳到x=4m處，乙波傳到x=8m處，所以有t=2.0s兩列波相遇，A錯誤；B．兩列波相遇過程中，處和處的質(zhì)點與兩波源的路程差均為2m，即半個波長，則有處和處的質(zhì)點振動減弱，B正確；C．兩波的周期為則有兩波在t=2s時，在處相遇，處質(zhì)點從平衡位置向下振動，在經(jīng)1s=時間，即t=3s時，該質(zhì)點到達(dá)波谷，位移達(dá)到負(fù)方向最大值，C錯誤；D．由多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源從處沿x軸正向運動時，在處的觀察者觀察到該簡諧橫波的頻率變大，D正確。故選BD。三、填空題13．如圖所示，圖甲是多普勒效應(yīng)的圖像，B處的觀察者接收到波的頻率____（選填“大于”“等于”或“小于”）波源發(fā)出的頻率；圖乙是____振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖像，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于____頻率時振幅最大?！敬鸢浮?/p>

大于

受迫

固有【詳解】[1]圖甲是多普勒效應(yīng)的圖像，由圖可知波源向B處靠近，則在B處的觀察者接收到波的頻率大于波源發(fā)出的頻率；[2][3]圖乙是受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖像，當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于固有頻率時振幅最大。14．當(dāng)波源相對于介質(zhì)不動，觀測者向波源運動時，觀測者接收到的頻率_