高中物理第二章機(jī)械波第五節(jié)多普勒效應(yīng)學(xué)案(含解析)粵教版

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGEPAGE1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第五節(jié)多普勒效應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)重點難點1．能說出什么是多普勒效應(yīng)．2．能用多普勒效應(yīng)解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象．重點:多普勒效應(yīng)的規(guī)律．難點:用多普勒效應(yīng)解釋相關(guān)現(xiàn)象．1．多普勒效應(yīng)由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感覺到波的頻率變化的現(xiàn)象．2．多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象分析（1）波源與觀察者相對靜止時，觀察者感覺到的波的頻率等于波源的振動頻率．（2)波源與觀察者相互靠近時，觀察者感覺到的波的頻率大于波源的振動頻率．（3）波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀察者感覺到的波的頻率小于波源的振動頻率．3．應(yīng)用（1）交通:大城市中的一些路段通常需限制車速，如學(xué)校附近，在公路上安裝多普勒測速儀便可測出過往車輛是否超速．（2）測天體運動：通過測量某天體上元素發(fā)出的光波的頻率，就可以算出此天體相對地球的運動情況．（3）醫(yī)療：醫(yī)院里用的彩超通過測定反射波的頻率變化，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變．（4）軍事：根據(jù)炮彈飛行時的呼嘯聲判斷炮彈的飛行方向．預(yù)習(xí)交流學(xué)生討論：聲源向觀察者運動和觀察者向聲源運動，都會使觀察者感覺到接收到的聲波頻率變大,這兩種情況有什么區(qū)別？答案:聲源向觀察者運動時，波速增大，波長不變，導(dǎo)致觀察者感覺到聲波頻率增大；觀察者向聲源運動時，波速不變,波長減小,導(dǎo)致觀察者感覺到聲波頻率增大．多普勒效應(yīng)1．聲音的音調(diào)由什么來決定？答案：由頻率決定,頻率大則音調(diào)高,頻率小則音調(diào)低．2．多普勒效應(yīng)中聲源的頻率發(fā)生變化了嗎？答案：多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象．其實波源的頻率并不是發(fā)生變化,只是觀察者感受到的頻率發(fā)生了變化．3．（1）產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是什么?（2）有經(jīng)驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲中判斷出火車的運動方向．其原因是什么？答案:（1）產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源與觀察者之間的相對運動．（2)利用多普勒效應(yīng)．火車運行方向不同時,鐵路工人接收到的頻率不同，感受到的聲音的音調(diào)不同,因此可以從汽笛聲中判斷火車的運行方向．一個觀察者在鐵路旁，當(dāng)火車迎面駛來時,他聽到的汽笛聲頻率為f1＝440Hz;當(dāng)火車駛過他身旁后，他聽到的汽笛聲的頻率f2＝392Hz．若大氣中聲速約為330m/s，求火車的速度和火車汽笛發(fā)聲的頻率f0．點撥：在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動,觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．觀察者與波源相互接近時接收到的頻率變大，遠(yuǎn)離時接收到的頻率變?。^察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內(nèi)接收到完全波的個數(shù)．答案：19。0m/s414。7Hz解析:設(shè)火車的速度為V，聲速為v當(dāng)火車靠近時，聲波的波長被壓縮為λ′＝vT－VT＝eq\f(v－V，f0）．觀察者聽到的頻率f1＝eq\f（v，λ′）＝eq\f（vf0，v－V)，即f1＝eq\f(vf0，v－V）①同理，當(dāng)火車遠(yuǎn)離時，有f2＝eq\f（vf0,v＋V),即f2＝eq\f(vf0，v＋V)②聯(lián)立①②解得V≈19。0m/s，f0≈414。7Hz．1．發(fā)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者和聲源之間有相對運動．2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時波源的頻率不變，由于觀察者和波源之間發(fā)生相對運動導(dǎo)致觀察者感覺接收到的波的頻率發(fā)生改變．3．觀察者和波源靠近時，波的頻率變大；觀察者和波源遠(yuǎn)離時，波的頻率變?。?．多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象．一切波都可以發(fā)生多普勒效應(yīng)．1．關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是（）．A．多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的B．多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生改變C．多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對運動而產(chǎn)生的D．只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)答案：C解析：多普勒效應(yīng)的實質(zhì)是由于觀察者與波源在相對運動時，觀察者接收到的頻率與實際頻率不同，而實際上波源的頻率是不會改變的，且多普勒效應(yīng)是波動過程的共有特征．2．以下關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法中正確的是（）．A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時,波源的振動頻率發(fā)生變化B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時,波源的振動頻率并沒有發(fā)生變化C．多普勒效應(yīng)實際上是指波速相對介質(zhì)發(fā)生變化D．人與波源有相對運動時，觀察到的頻率一定發(fā)生變化答案：B解析：多普勒效應(yīng)是指由于觀察者和波源之間有相對運動,而使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，實際上波源的頻率并沒有發(fā)生變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，所以選項A錯誤，B正確，C錯誤．當(dāng)觀察者與波源有相對運動,但距離不變時（既不接近，也不遠(yuǎn)離,如人繞波源做勻速圓周運動），此時不會出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，所以D選項錯誤．3．站在火車站臺上的旅客聽到火車鳴笛聲的音調(diào)變化情況，以下說法正確的是（）．A．當(dāng)火車減速進(jìn)站時，鳴笛聲的音調(diào)變低B．當(dāng)火車減速進(jìn)站時,鳴笛聲的音調(diào)變高C．當(dāng)火車加速離站時，鳴笛聲的音調(diào)變低D．當(dāng)火車加速離站時，鳴笛聲的音調(diào)變高答案：BC解析:當(dāng)觀察者接收到的頻率等于聲源頻率時，音調(diào)不變；當(dāng)聲源向觀察者運動時，觀察者接收到的頻率大于聲源頻率時，音調(diào)變高；當(dāng)觀察者與聲源的距離變大時，觀察者接收到的頻率小于聲源頻率時,音調(diào)變低，所以當(dāng)火車減速進(jìn)站時，鳴笛聲的音調(diào)變高,火車加速離站時，鳴笛聲的音調(diào)變低,故選項B、C正確．4．有一種用鋼絲操縱做圓周飛行的飛機(jī)模型，裝有兩沖程的活塞式發(fā)動機(jī)作為動力,操縱者站在圓心，在他聽來發(fā)動機(jī)工作時發(fā)出的聲音是平穩(wěn)不變的．場邊的觀察者聽到的聲音忽高忽低地做周期性變化．（1)這是由于__________;這種現(xiàn)象叫__________．(2）模型飛機(jī)的飛行速度是90km/h，單缸發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速是9000r/min,則觀察者聽到的聲音的最高頻率是__________Hz，最低頻率是__________Hz，操縱者聽到的聲音的頻率是__________Hz．（設(shè)這時空氣中的聲速為340m/s)答案：（1）聲源與觀察者有相對運動多普勒效應(yīng)(2）162140150解析：發(fā)動機(jī)發(fā)聲的頻率f0＝eq\f（9000,60)Hz＝150Hz，這也是操縱者聽到的聲音的頻率．模型飛機(jī)飛行速度為eq\f（90×103，3600）m/s＝25m/s．當(dāng)飛機(jī)向觀察者飛行時，聲波波長為λ1＝eq\f（340－25，150)m＝2.1m,此時觀察者聽到的頻率即為最高頻率fmax＝eq\f(v,λ1)＝eq\f（340，2。1）Hz＝162Hz．當(dāng)飛機(jī)遠(yuǎn)離觀察者飛行時,聲波波長變?yōu)棣?＝eq\f（340＋25,150）m＝2。43m，此時觀察者聽到的頻率即為最低頻率fmin＝eq\f(v,λ2）＝eq\f(340,2.43）Hz＝140Hz．5．警車上的警笛每隔0.5s響一次，一個人坐在以60km/h的速度向警車行駛的汽車上,求此人在5分鐘內(nèi)聽到聲音的次數(shù)是多少,聲音在空氣中的傳播速度為340m/s．答案：594解析：響聲在空氣中的間隔類似于一個波長為λ＝340×0.5m＝170m的波，人與聲音的相