2024-2025學(xué)年新教材高中物理第3章機(jī)械波5多普勒效應(yīng)學(xué)案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE6-5.多普勒效應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道波源頻率與視察者接收到的頻率的區(qū)分．2.[物理觀念]知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是波源與視察者之間有相對運(yùn)動時產(chǎn)生的現(xiàn)象．3.[科學(xué)思維]了解多普勒效應(yīng)的一些應(yīng)用．4.[科學(xué)思維]通過變更波源與視察者的距離，培育學(xué)生利用限制變量法分析問題的實(shí)力．☆閱讀本節(jié)教材，回答第74頁“問題”并梳理必要學(xué)問點(diǎn)．教材第74頁問題提示：這是聲波的多普勒效應(yīng)．一、多普勒效應(yīng)1．定義：波源與視察者相互靠近或者遠(yuǎn)離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變更，這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)．2．產(chǎn)生緣由：(1)波源與視察者相互靠近時，單位時間內(nèi)通過視察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，視察者觀測到的頻率大于波源的頻率，即視察到的頻率變大．(2)波源與視察者相互遠(yuǎn)離時，視察到的頻率變小．二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用(1)測量汽車速度交通警車向行進(jìn)中的車輛放射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，依據(jù)反射波頻率變更的多少就能知道車輛的速度．(2)測星球速度：測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發(fā)光的頻率比照，可得星球的速度．(3)測血液流速向人體內(nèi)放射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變更，就能知道血流的速度．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)當(dāng)波源和視察者向同一個方向運(yùn)動時，肯定會發(fā)生多普勒效應(yīng)． (×)(2)火車的音調(diào)越來越高，說明火車正從遠(yuǎn)處靠近視察者．(√)(3)只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)． (×)(4)鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可推斷火車運(yùn)動狀況是利用了多普勒效應(yīng)． (×)2．(多選)下面說法中正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變更了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，視察者接收到的頻率發(fā)生了變更C．多普勒效應(yīng)是波源與視察者之間有相對運(yùn)動時產(chǎn)生的D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)覺的BCD[當(dāng)波源與視察者之間有相對運(yùn)動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，視察者接收到的頻率發(fā)生了變更，而波源的頻率并沒有變更，故選項(xiàng)A錯誤，選項(xiàng)B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)覺的，選項(xiàng)D正確．]3．(多選)下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)()A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)星體發(fā)出的光波的頻率來推斷遙遠(yuǎn)星體相對于地球的運(yùn)動速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車放射一個已知頻率的電磁波，電磁波被運(yùn)動的汽車反射回來，依據(jù)接收到的電磁波的頻率發(fā)生的變更，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可推斷火車的運(yùn)動狀況D．有閱歷的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲推斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去ABD[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)星體相對于地球運(yùn)動的速度，故A選項(xiàng)正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運(yùn)動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變更，由多普勒效應(yīng)的計(jì)算公式可以求出運(yùn)動物體的速度，故B選項(xiàng)正確；鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可推斷火車的運(yùn)行狀況，是利用聲音在固體中傳播得快的特點(diǎn)，與多普勒效應(yīng)無關(guān)，故C選項(xiàng)不符合題意；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相對運(yùn)動方向有關(guān)，故D選項(xiàng)正確．]多普勒效應(yīng)教材第75頁“思索探討”的答案提示：振動片正向左移動；左邊接收完全波的個數(shù)多．在學(xué)校里，請老師幫助把1kHz左右的音頻聲信號錄制在你的磁帶中．試驗(yàn)時把磁帶放在收錄機(jī)中，用兩根繩子把收錄機(jī)懸掛在門的氣窗橫梁上，按下放音鍵，使收錄機(jī)發(fā)聲．讓收錄機(jī)搖擺起來．你感覺到的收錄機(jī)的音調(diào)怎樣變更？提示：當(dāng)收錄機(jī)向你擺來時音調(diào)變高，遠(yuǎn)離你去時音調(diào)變低．1．多普勒效應(yīng)的成因發(fā)生多普勒效應(yīng)時，肯定是由于波源與視察者之間發(fā)生了相對運(yùn)動．2．相對位置變更與頻率的關(guān)系(規(guī)律)相對位置圖示結(jié)論波源S和視察者A相對靜止，如圖所示f波源＝f視察者，音調(diào)不變波源S不動，視察者A運(yùn)動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f波源＜f視察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f波源＞f視察者，音調(diào)變低視察者A不動，波源S運(yùn)動，由S→S2，如圖所示f波源＜f視察者，音調(diào)變高【例1】如圖表示產(chǎn)朝氣械波的波源O做勻速運(yùn)動的狀況，圖中的圓表示波峰．(1)該圖表示的是()A．干涉現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)象D．多普勒效應(yīng)(2)波源正在移向()A．A點(diǎn) B．B點(diǎn)C．C點(diǎn) D．D點(diǎn)(3)視察到的波的頻率最低的點(diǎn)是()A．A點(diǎn) B．B點(diǎn)C．C點(diǎn) D．D點(diǎn)思路點(diǎn)撥：本題主要是對多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象分析，推斷問題時必需先明確如下幾點(diǎn)：①常見的波動現(xiàn)象有哪些？②怎樣依據(jù)波形推斷波源的移動方向？③波源的移動對視察到的波的頻率有何影響？(1)D(2)A(3)B[(1)由于題圖所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知該圖表示的是多普勒效應(yīng)中波源運(yùn)動的狀況，即D選項(xiàng)正確．(2)由于波源左方的波長被壓縮，右方的波長被拉長，可知波源正在移向A點(diǎn)，即A選項(xiàng)正確．(3)由于波源遠(yuǎn)離B點(diǎn)，由題圖分析可知在B點(diǎn)視察到波的頻率最低，即B選項(xiàng)正確．]本題中由于波源的移動，使視察者在A點(diǎn)處接收到的頻率變大，本質(zhì)上是什么物理量變更引起的呢？[答案]波長觀測者向波源靠近時，波源頻率不變，但觀測者接收到的頻率增高，即音調(diào)增高；反之，觀測者與波源遠(yuǎn)離時，觀測者接收到的頻率降低、音調(diào)降低.eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法中正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變更了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，視察者接收到的頻率發(fā)生了變更C．當(dāng)視察者和波源速度相同時，會發(fā)生多普勒效應(yīng)D．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)B[當(dāng)波源與視察者之間有相對運(yùn)動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，而視察者與波源速度相同且同向運(yùn)動時，兩者不發(fā)生相對運(yùn)動，不會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)C錯誤；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，視察者接收到的頻率發(fā)生了變更，而波源的頻率并沒有變更，選項(xiàng)A錯誤，B正確；多普勒效應(yīng)，不僅適用于聲波，也適用于其他類型的波，包括電磁波和光波，選項(xiàng)D錯誤．]多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1.超聲波測速交通警察向行進(jìn)中的車輛放射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，依據(jù)反射波頻率變更的多少就能知道車輛的速度．名師點(diǎn)睛：頻率高于20000Hz的聲波稱為超聲波；與能聽到的聲音相比，超聲波有兩個特點(diǎn)：一是可以比較簡單地產(chǎn)生大功率的聲波；二是它幾乎沿直線傳播．2．醫(yī)用“彩超”向人體內(nèi)放射頻率已知的超聲波，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更，就可算出血流的速度．3．推斷火車的運(yùn)動方向火車駛來時，由于多普勒效應(yīng)，聽到的汽笛聲調(diào)比較高，感覺到尖銳刺耳；火車遠(yuǎn)離時，聽到的汽笛聲調(diào)較低，聽起來較為低沉．4．測星球速度測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發(fā)光的頻率比照，可算出星球的速度．【例2】(多選)警車向路上的車輛放射頻率已知的超聲波，同時探測反射波的頻率．下列說法正確的是()A．車輛勻速駛向停在路邊的警車，警車探測到的反射波頻率增高B．車輛勻速駛離停在路邊的警車，警車探測到的反射波頻率降低C．警車勻速駛向停在路邊的汽車，探測到的反射波頻率降低D．警車勻速駛離停在路邊的汽車，探測到的反射波頻率不變AB[車輛(警車)勻速駛向停在路邊的警車(車輛)，兩者間距變小，產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，警車探測到的反射波頻率增高，選項(xiàng)A正確，C錯誤；車輛(警車)勻速駛離停在路邊的警車(車輛)，兩者間距變大，產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，警車探測到的反射波頻率降低，選項(xiàng)B正確，D錯誤．]對多普勒效應(yīng)的理解(1)在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不變更的，只是由于波源和視察者之間有相對運(yùn)動，視察者接收到的頻率發(fā)生了變更．(2)多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)．eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．(多選)下列選項(xiàng)與多普勒效應(yīng)有關(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．技術(shù)人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D．交通警察向車輛放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E．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(jì)算星球遠(yuǎn)離地球的速度BDE[當(dāng)視察者與測量對象無相對運(yùn)動時，不發(fā)生多普勒效應(yīng)，故A、C錯誤；當(dāng)視察者與測量對象相對運(yùn)動時，發(fā)生多普勒效應(yīng)，我們可以依據(jù)接收頻率的變更來測速，故B、D、E正確．]1．物理觀念：多普勒效應(yīng)．2．科學(xué)思維：相對運(yùn)動法理解多普勒效應(yīng)．3．科學(xué)探究：探究聲波的多普勒效應(yīng).1．(多選)下列現(xiàn)象屬于多普勒效應(yīng)的是()A．遠(yuǎn)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(diào)變高；駛離你而去時，音調(diào)變低D．大風(fēng)中，遠(yuǎn)處人的說話聲時強(qiáng)時弱BC[A項(xiàng)和D項(xiàng)中所說的現(xiàn)象是能量傳播的問題，不是多普勒效應(yīng)．B、C兩項(xiàng)所發(fā)生的現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)．]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BC[本題考查多普勒效應(yīng)．在同種介質(zhì)中，超聲波的傳播速度保持不變，因此A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；因魚群正向漁船靠近，單位時間內(nèi)漁船接收到的超聲波的個數(shù)變多，依據(jù)多普勒效應(yīng)可知，頻率變高，因此C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤．]3．頻率肯定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運(yùn)動．以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(u<v)，f表示接收器接收到的頻率，若u增大，則()A．f增大，v增大 B．f增大，v不變C．f不變，v增大 D．f減小，v不變B[本題考查對波速和多普勒效應(yīng)的理解，機(jī)械波在介質(zhì)中的速度由介質(zhì)確定，與波的頻率、波源的速度無關(guān)，因此不論u如何變更，v都不變，聲源向著接收器運(yùn)動，接收器單位時間接收到的完全波的個數(shù)增加，波源的速度越大，單位時間接收到的完全波的個數(shù)越多，因此u增大時，f增大，B正確．]4．分析下列物理現(xiàn)象：①“聞其聲而不見其人”；②學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音；③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．這些物理現(xiàn)象分別屬于波的()A．折射、干涉、多普勒效應(yīng)B．衍射、干涉、多普勒效應(yīng)C．折射、衍射、多普勒效應(yīng)D．衍射、多普勒效應(yīng)、干涉B[“聞其聲而不見其人”是聲波的衍射現(xiàn)象；學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音是聲波的干涉現(xiàn)象；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)變高是多普勒效應(yīng)，所以選項(xiàng)B正確．]5．[思維拓展]情境：生活中常常用“咆哮而來”形容正在駛近的車輛，這是聲波在傳播過程中對接收者而言頻率發(fā)生變更的表現(xiàn)，無線電波也具有這種效應(yīng)．圖中的測速雷達(dá)正在向一輛接近的車輛發(fā)出無線電波，并接收被車輛反射的無線電波，由于車輛的運(yùn)動，接收的無線電波頻率與發(fā)出時不同．利用頻率差f接收－f發(fā)出就能計(jì)算出車輛的速度，已知發(fā)