高考物理專項(xiàng)復(fù)習(xí)：機(jī)械振動(dòng)之多普勒效應(yīng)

第二章,機(jī)械振動(dòng)第05講多普勒效應(yīng)

知識(shí)要點(diǎn)難易度

1.多普勒效應(yīng)：靠近波源，頻率升高★★

2.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用★★★

3.適應(yīng)范圍：一切機(jī)械波和電磁波★

知識(shí)點(diǎn)01多普勒效應(yīng)

［觀察思考］

當(dāng)救護(hù)車、消防車從身邊飛馳而過(guò)時(shí)，你有沒(méi)有注意過(guò)它們鳴笛聲的音調(diào)發(fā)生了變化？

［答案］:向你駛來(lái)時(shí)，你會(huì)覺得音調(diào)升高了；當(dāng)車輛離你而去時(shí)，音調(diào)降低了。

1.音調(diào)：音調(diào)由頻率決定，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。

觀察者聽到的聲音的音調(diào)是由觀察者接收到的頻率即單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。

2.波源頻率和接收頻率；

(1)完全波：波源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，稱為一個(gè)完全波。

(2)波源頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。

(3)接收頻率：觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)，即感覺到波的頻率。

3.多普勒效應(yīng)：

波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)(靠近或遠(yuǎn)離)，接收到的波的頻率都會(huì)發(fā)生變化(高于波源頻率或低于

波源頻率)的現(xiàn)象。

波源與觀察者相互靠近時(shí)，感覺聲音“尖銳”，而相互遠(yuǎn)離時(shí)感覺聲音“低沉”。

4.多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因：

(1)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，1s內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，即觀察者的接受頻

率等于波源頻率.

(2)當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)，1s內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加

即接受頻率〉波源頻率；反之，當(dāng)波源與觀察者互相遠(yuǎn)離時(shí)，接受頻率〈波源頻率。

(3)波源與觀察的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越大，觀察到的頻率改變也越大，即多普勒效應(yīng)越明顯。

波速(機(jī)械波)即波的前沿傳播速度只決定于介質(zhì)，并不因?yàn)椴ㄔ聪鄬?duì)于介質(zhì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而改變。

5.多普勒效應(yīng)的拓展理解：

(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源頻率(周期)并沒(méi)有發(fā)生改變，而是觀察者感覺頻率有改變。

(2)由于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，描述波源與觀察者的運(yùn)動(dòng)一般用介質(zhì)做為參考系。

既可以是波源運(yùn)動(dòng)，也可以是觀察者運(yùn)動(dòng)，也可以是兩者以不同速度運(yùn)動(dòng)。

(3)當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離聲源速度大于聲音傳播速度時(shí)，將聽不到聲音。

(4)多普勒效應(yīng)不僅機(jī)械波會(huì)發(fā)生，電磁波也會(huì)發(fā)生，即一切波動(dòng)都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。

【例1】關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法中不正確的是()

A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率保持不變

B.要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)

C.只有聲波會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)

D.機(jī)械波、電磁波和光波都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)

【例2】新型列車動(dòng)車組速度可達(dá)487.3km/h,與該車汽笛聲的音調(diào)相比。

(1)站在車運(yùn)動(dòng)前方路旁的觀察者聽起來(lái)音調(diào)(選填“偏高”或“偏低”)。

站在車運(yùn)動(dòng)后方路旁的觀察者聽起來(lái)音調(diào)(選填“偏離”或“偏低”)。

(2)迎面來(lái)的另一列車上的乘客聽起來(lái)音調(diào)怎樣？此時(shí)列車汽笛聲的音調(diào)變化了嗎？

(3)坐在新型列車動(dòng)車組上的乘客聽起來(lái)音調(diào)怎樣？

【例3】(多選)如圖所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來(lái)回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)

的感受的說(shuō)法正確的是()

A.女同學(xué)從A向8運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺哨聲音調(diào)變高

B.女同學(xué)從E向。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺哨聲音調(diào)變高

C.女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)不變

D.女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)變低

知識(shí)點(diǎn)02多普勒效應(yīng)的應(yīng)用

1,原理：

當(dāng)兩者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變?。划?dāng)兩者相互靠近時(shí)，觀察者接收到的波的頻率

變大，但波源的頻率不變。因此利用觀察到頻率的變化計(jì)算出波源的運(yùn)動(dòng)速度。

(1).測(cè)車輛速度；交警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)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.

(2).測(cè)星球速度；測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率

對(duì)照，可得星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度.

(3).測(cè)血流速度；向人體內(nèi)發(fā)射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測(cè)

出反射波的頻率變化就可得血流速度，彩超即利用此原理。

2,多普勒效應(yīng)的常見情況：

相對(duì)位置圖示結(jié)論

波源S和觀察者A相對(duì)

/波源=/觀察者，音調(diào)不變

靜止不動(dòng)(

波源S不動(dòng),觀察者A運(yùn)靠近波源，由Af3,貝!1/波源勺*觀察者，音調(diào)變IWJ;

動(dòng)，由4一*3或Af。*遠(yuǎn)離波源，由Af。，則/波吟f觀察者，音調(diào)變低

觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)

f波源＜f觀察者，音調(diào)變IWJ

動(dòng)，由S-S2(3

【例4］公路巡警車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，巡警車向前方在同一車道上的一輛轎

車發(fā)出一束已知頻率的電磁波，結(jié)果該電磁波被此輛轎車反射回來(lái)時(shí)，巡警車接收到的電磁波頻率比

發(fā)出時(shí)低。

(1)此現(xiàn)象屬于()

A.波的衍射B.波的干涉

C.多普勒效應(yīng)D.波的反射

(2)若該路段限速為100km/h,則轎車是否超速？

(3)若轎車以20m/s的速度行進(jìn)，反射回的電磁波頻率應(yīng)怎樣變化？

【例5】(多選)一頻率為600Hz的聲源以20rad/s的角速度沿一半徑為0.8m的圓周(圓心為0點(diǎn))做勻速圓周

運(yùn)動(dòng),一觀察者站在離圓心很遠(yuǎn)的尸點(diǎn)且相對(duì)于圓心靜止，如圖所示，則觀察者接收到

在A處發(fā)出聲音的頻率600Hz,在B處發(fā)出聲音的頻率600Hz,

在C處發(fā)出聲音的頻率600Hz,在D處發(fā)出聲音的頻率600Hz?

A.聲源在4點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率大于600Hz

B.聲源在B點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600Hz

C.聲源在C點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率等于600Hz

D.聲源在C點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率小于600Hz

E.聲源在。點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音的頻率小于600Hz

※知識(shí)點(diǎn)03幾種特殊的多普勒現(xiàn)象

1.音障：飛機(jī)速度接近聲速時(shí)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的聲波波面在飛機(jī)的前方堆積形成音障。

2,艄波：當(dāng)波源移動(dòng)的速度接近介質(zhì)中的波速。

題型01多普勒效應(yīng)概念辨析

1.如圖所示是用發(fā)波水槽演示多普勒效應(yīng)原理的實(shí)驗(yàn)照片，波源以固定頻率振動(dòng)并以恒定速度移動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)

A、B位于水波對(duì)稱軸x軸上，下列說(shuō)法中正確的是()

(A)A處波速小于8處波速

(B)A處波速大于8處波速

(C)波源向x軸正方向運(yùn)動(dòng)

(D)波源向x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)

題型02聽到幾次警報(bào)

［歸納總結(jié)］

周期性發(fā)生警報(bào)類似于波源的周期性振動(dòng)，應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理進(jìn)行計(jì)算。

先求解波前之間的實(shí)際距離d(類似于/)，再求解波源和觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離s,則警報(bào)次數(shù)n=s/d。

【例5］一個(gè)報(bào)警器每1s發(fā)出一聲警報(bào)，某人在速度為100m/s的高鐵內(nèi)向著報(bào)警器運(yùn)動(dòng)，假設(shè)聲音傳

播速度為300m/s,問(wèn)該人Imin能聽到幾次警報(bào)？

※多普勒效應(yīng)的公式推導(dǎo)

。波士。聽

靠近，分子+分母遠(yuǎn)離，分子-分母+

題型03速度矢量分解分析多普勒效應(yīng)

［歸納總結(jié)］

發(fā)生多普勒效應(yīng)是波源和觀察者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)是指沿波源和觀察者連線方向的運(yùn)動(dòng)。

如果速度不是沿連線，需要對(duì)速度做矢量分解。

【例5】某人站在地面上某處，一架飛機(jī)由遠(yuǎn)而近從人的頭頂上方勻速飛過(guò)，則人聽到飛機(jī)發(fā)出聲音的頻率

（）

A.越來(lái)越低B.越來(lái)越高

C.先變高后變低D.先變低后變高

【歸納總結(jié)】對(duì)多普勒效應(yīng)的理解

觀察者聽到的音調(diào)的高、低取決于他接收到的聲波頻率的大小。在聲源發(fā)聲頻率不變的情況下，觀察

者接收到的頻率的變化情況取決于兩者之間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的方向和大小。

1.下列關(guān)于機(jī)械波的說(shuō)法正確的是（）

（A）發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率發(fā)生了變化

（B）驅(qū)動(dòng)力的頻率越接近物體的固有頻率時(shí)物體振動(dòng)的振幅越大

（C）波發(fā)生反射時(shí)，波的頻率不變，但波長(zhǎng)、波速發(fā)生變化

（D）發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物的尺寸比波長(zhǎng)大或差不多

2.下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）

（A）該圖表示的是多普勒現(xiàn)象

（B）此時(shí)波源正在向A觀測(cè)者靠近

（C）CD兩位觀測(cè)者此時(shí)接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率相等

（D）B觀測(cè)者此時(shí)接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率

3.如圖所示，光滑水平細(xì)桿兩端固定，小滑塊與輕彈簧相連，并套在細(xì)桿上，輕彈簧左端固定；在小滑塊

上固定一個(gè)能持續(xù)發(fā)出單一頻率聲音的蜂鳴器?；瑝K與蜂鳴器靜止時(shí)處于。點(diǎn)，現(xiàn)將其拉到N點(diǎn)由靜止釋

放，滑塊與蜂鳴器就沿著細(xì)桿在M、N之間振動(dòng)起來(lái)。某同學(xué)站在右側(cè)，耳朵正好在延長(zhǎng)線上，滑塊

與蜂鳴器整體視為質(zhì)點(diǎn)，則（）

（A）該同學(xué)聽到的蜂鳴器的聲音是斷斷續(xù)續(xù)的

（B）該同學(xué)聽到的蜂鳴器振動(dòng)時(shí)的聲音總是比靜止時(shí)音調(diào)高

（C）如果增大滑塊與蜂鳴器振動(dòng)的振幅，其振動(dòng)周期一定增大

（D）滑塊與蜂鳴器的振動(dòng)可以視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

4.下列關(guān)于機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的說(shuō)法，正確的是（）

（A）聲源靠近觀察者，觀察者接受到的聲波頻率大于聲源的頻率

（B）衍射是橫波特有的現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象

（C）固有頻率為2Hz的振子在9Hz的驅(qū)動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率為2Hz

（D）兩列相同頻率的波的疊加區(qū)域內(nèi)到兩波波源距離之差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍的點(diǎn)一定是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)

5.多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

（A）利用多普勒測(cè)速儀，可以測(cè)量水在海底的流速

（B）“彩超”利用了多普勒效應(yīng)

（C）多普勒效應(yīng)不能用于天體研究

（D）波源與觀察者相互靠近或者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率會(huì)發(fā)生變化

6.中國(guó)空間站持續(xù)發(fā)出頻率為了的監(jiān)測(cè)電波，地面監(jiān)測(cè)站先后接收到空間站通過(guò)A、8位置時(shí)的信號(hào)頻率分

別為人、/B)則()

(A)fA>f>fB(B)fA<f<fB

(C)A=/B</(D)

7.公路巡警開車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一

個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來(lái)時(shí)，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低，說(shuō)明

那輛轎車的車速（）

A.高于100km/hB.低于100km/h

C.等于100km/hD.無(wú)法確定

8.頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運(yùn)動(dòng)。以"表示聲源的速度，v表示聲波的速度（"<v）,

/表示接收器接收到的頻率。若a增大，則（）

A.7■增大，v增大B.7增大，v不變

C./不變，v增大D./減小，v不變

9.蝙蝠在洞穴中飛來(lái)飛去時(shí)，它利用超聲脈沖導(dǎo)航非常有效，這種超聲脈沖是持續(xù)1ms或不到1ms的短

促發(fā)射，且每秒重復(fù)發(fā)射幾次。假定蝙蝠的超聲脈沖的發(fā)射頻率為39000Hz,在一次正朝著表面平直的墻

壁飛撲的期間，則下列判斷正確的是（）

A.墻壁接收到的超聲脈沖頻率等于39000Hz

B.蝙蝠接收到從墻壁反射回來(lái)的超聲脈沖頻率等于墻壁接收的頻率

C.蝙蝠接收到從墻壁反射回來(lái)的超聲脈沖頻率大于墻壁接收的頻率

D.蝙蝠接收到從墻壁反射回來(lái)的超聲脈沖頻率等于39000Hz

10.（多選）有兩個(gè)靜止的聲源，分別發(fā)出聲波1和聲波2,在同一空間的空氣中傳播。如圖所示為某時(shí)刻這

兩列波的波動(dòng)圖象。則下列說(shuō)法正確的是（）

A.聲波1的波速比聲波2的波速大

B.相對(duì)于同一障礙物，波1比波2的衍射現(xiàn)象更明顯

C.這兩列波相遇時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象

D.遠(yuǎn)離兩個(gè)聲源運(yùn)動(dòng)的觀察者，聽到這兩列波的頻率均比從聲源發(fā)出的頻率大

11.輪船在進(jìn)港途中的x-f圖象如圖所示，則在港口所測(cè)的輪船上霧笛發(fā)出聲音的頻率是下列選項(xiàng)中的（）

12.如圖所示，人在距公路約50m的M處，一輛汽車以25m/s的速度從公路上勻速駛過(guò)，人聽到的汽車的

頻率（）

M

A.一直是穩(wěn)定的B.變得越來(lái)越高

C.變得越來(lái)越