3-5多普勒效應(人教版2019選擇性必修第一冊)(解析版)

第三章機械波第5節(jié)多普勒效應重點+難點核心素養(yǎng)解讀1.知道什么是多普勒效應，理解多普勒效應的形成原因.2.了解多普勒效應在生活中的應用，會用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象．1.物理觀念：多普勒效應2.科學探究：多普勒效應在生活中的應用，了解它們的工作原理知識點一多普勒效應1．多普勒效應波源與觀察者相互靠近或者相互遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現(xiàn)象．2．多普勒效應產(chǎn)生的原因(1)當波源與觀察者相對靜止時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀測到的頻率等于波源振動的頻率．(2)當波源與觀察者相互接近時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加(選填“增加”或“減小”)，觀測到的頻率增加(選填“增加”或“減小”)；反之，當波源與觀察者相互遠離時，觀測到的頻率減小(選填“增加”或“減小”)．知識點二多普勒效應的應用1．利用多普勒測速儀測速交通警察向行進中的車輛發(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．2．利用超聲波測血流速度醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，測出被血管中的血流反射后的波的頻率變化，就可知道血流的速度．3．利用光波的頻率變化，計算星球靠近或遠離我們的速度．易錯易混點一多普勒效應易錯易混點1.1對多普勒效應認識不清。例1．上課時老師將一蜂鳴器固定在教鞭一端，然后使蜂鳴器迅速水平旋轉(zhuǎn)，同學們聽到蜂鳴器音調(diào)竟然忽高忽低變化，下列判斷正確的是()A．旋轉(zhuǎn)時蜂鳴器發(fā)聲的頻率變化了B．由于旋轉(zhuǎn)，改變了同學們聽到的聲音頻率C．蜂鳴器音調(diào)變低時，一定是向?qū)W生的方向運動D．音調(diào)的忽高忽低是由波的干涉造成的【答案】B【解析】旋轉(zhuǎn)過程中，聲源(蜂鳴器)與同學們的距離有時近，有時遠，發(fā)生多普勒效應，D錯誤；蜂鳴器發(fā)出聲波的頻率不變，只是同學們聽到的聲音頻率變化了，A錯誤，B正確；當蜂鳴器遠離學生時，聽到聲音的頻率變小即音調(diào)變低，C錯誤．易錯易混點1.1剖析1．相對位置變化與頻率的關系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(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(1)根據(jù)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．(2)發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率保持不變，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．易錯易混點1.2對頻率增大和減小認識不清。例2．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(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【答案】B【解析】由于聲波的速度只由介質(zhì)決定，故v不變，根據(jù)多普勒效應可知，當聲源接近接收器時接收到的頻率f增大，故B項正確．易錯易混點1.2剖析1．多普勒效應的產(chǎn)生不取決于波源和觀察者相距多遠，而取決于波源和觀察者相對運動速度的大小和方向2．波的傳播速度不因波源的移動而改變．易錯易混點二多普勒效應的應用易錯易混點2.1對多普勒效應的應用辨別不清例3．(多選)(2022·太原五中月考)關于多普勒效應的應用，下列說法中正確的是()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．利用多普勒效應可以判斷遙遠的天體相對地球的運動速度D．目前在技術上人們只能利用聲波發(fā)生的多普勒效應【答案】ABC【解析】星系譜線的“紅移”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是多普勒效應在天體運動中的應用，選項A正確；利用多普勒效應可以從火車的鳴笛聲中判斷其運動方向，這是多普勒效應在機械運動中的應用，選項B正確；利用多普勒效應可以判斷遙遠的天體相對地球的運動速度，這是多普勒效應在天體運動中的應用，選項C正確；人們已可以利用電磁波的多普勒效應進行各種測量，故D錯誤．易錯易混點2.1剖析多普勒效應在生產(chǎn)、生活中的應用越來越廣泛，其應用的主要方式是通過測速度來判斷研究對象的狀況．具體應用如下：1．超聲波測速：發(fā)射裝置向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率．根據(jù)反射波頻率的變化的多少可以知道車輛的速度．2．醫(yī)用“彩超”：向人體發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后被儀器接收．測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度，據(jù)此診斷疾?。?．可根據(jù)火車汽笛的音調(diào)的變化判斷火車是進站還是出站；根據(jù)炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈飛行的方向等．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)光的頻率對照，可測得星球靠近或遠離地球的速度．若星系遠離我們運動，接收到的光波的頻率變小，譜線就向頻率小的紅端移動，這種現(xiàn)象稱為紅移現(xiàn)象．針對訓練一、單選題1．在下列現(xiàn)象中，不能用多普勒效應解釋的有（）A．雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C．觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低D．天文學上根據(jù)星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，可以算出星球靠近或遠離我們的速度【答案】A【解析】A．先看到后聽到雷聲是因為光的傳播速度大于聲音傳播速度，A錯誤；B．超聲波與血液中的血小板等細胞發(fā)生反射時，由于血小板等細胞的運動會使得反射聲波的頻率發(fā)生變化，是多普勒效應引起的。B正確；C．觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，由于列車和人的位置相對變化了，所以聽得的聲音頻率發(fā)生了變化，使得音調(diào)會變低，是多普勒效應引起的，C正確；D．測量星球上發(fā)出的光波頻率與地球上的同種元素靜止時發(fā)光頻率比較可以根據(jù)光的多普勒效應判斷星球靠近或遠離，D正確。不能用多普勒效應解釋的，故選A。2．如圖甲所示，同一均勻介質(zhì)中的一條直線上有相距10米的兩質(zhì)點A、B、C為AB中點，從0時刻起，波源A、波源B同時開始振動，且波源A發(fā)出的波只向右傳，波源B發(fā)出的波只向左傳，圖乙為A的振動圖像，圖丙為B的振動圖像，若A向右傳播的波與B向左傳播的波在0.5s時相遇，則下列說法正確的是（）A．兩列波的波長均為2mB．兩列波在AB間傳播的速度大小均為5m/sC．在兩列波相遇的過程中，在時，C點的振動加強D．在B的右邊有一觀察者向右運動，觀察者接收到的頻率大于5Hz【答案】C【解析】AB．波速由介質(zhì)決定，則兩波在同一均勻介質(zhì)中傳播波速相同，設為v，則有代入數(shù)據(jù)解得由圖知A的周期，則波長為由圖知B的周期，則波長為故AB錯誤；C．A向右傳播的波與B向左傳播的波在0.5s時相遇，即在C點相遇，再經(jīng)過0.2s就到了t=0.7s時刻，由圖乙可知A波再經(jīng)過0.2s處于平衡位置向上振動，由丙圖可知B波再經(jīng)0.2s處于平衡位置向上振動，故此時C點是振動加強，故C正確；D．由題可在，B的右邊只接收到波源A傳過去的波，A波的頻率為，當在B的右邊有一觀察者向右運動時，遠離波源A，根據(jù)多普勒效應，接收頻率小于波源頻率5Hz，故D錯誤。故選C。3．火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的樂音，當火車靜止、觀察者也靜止時，觀察者聽到并記住了這個樂音的音調(diào)。以下情況中，觀察者聽到這個樂音的音調(diào)（頻率）一定比原來升高的是（）A．觀察者靜止，火車離他駛去B．火車靜止，觀察者乘汽車遠離火車運動C．火車運動，觀察者乘汽車迎著火車運動D．火車運動，觀察者乘汽車遠離火車運動【答案】C【解析】根據(jù)多普勒效應，當觀察者與聲源相對靠近時，觀察者接受到的頻率增大，當觀察者與聲源相對遠離時，觀察者接受到的頻率減小，觀察者與聲源相對靜止時，觀察者接受到的頻率與聲源的頻率相等，可知上述情景中只有火車運動，觀察者乘汽車迎著火車運動時，兩者相對靠近，此時觀察者聽到這個樂音的音調(diào)（頻率）一定比原來升高。故選C。4．如圖所示是產(chǎn)生機械波的波源O做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰。下列說法中錯誤的是（）A．該圖表示的是多普勒現(xiàn)象B．此時波源正在向A觀測者靠近C．CD兩位觀測者此時接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率相等D．B觀測者此時接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率【答案】C【解析】A．該圖表示由波源移動而引起的多普勒效應，故A正確，不符合題意；B．由圖可知，觀測者A在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)最多，說明波源向A觀測者靠近，故B正確，不符合題意；C．波源與CD觀測者間的距離不斷增大，故接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故C錯誤，符合題意；D．波源與觀測者B的距離不斷增大，故觀測者接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故D正確，不符合題意。故選C。5．分析下列所描述的四個物理現(xiàn)象：①聽到迎面而來越來越尖銳的汽笛聲；②夏天里一次閃電過后，有時會雷聲轟鳴不絕；③水塘中的水波能繞過障礙物繼續(xù)傳播；④圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音。這些現(xiàn)象分別是波的（）A．多普勒效應、衍射現(xiàn)象、反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象B．干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、多普勒效應、折射現(xiàn)象C．多普勒效應、反射現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象D．多普勒效應、反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象【答案】C【解析】①聽到迎面而來的尖銳汽笛聲，即汽車靠近時感覺音調(diào)升高，這是多普勒效應造成的；

②夏天里一次閃電過后，有時會雷聲轟鳴不絕，是因為聲音在云層之間來回反射造成的；

③水塘中的水波能繞過障礙物繼續(xù)傳播，這是水波的衍射現(xiàn)象；

④圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音，是音叉發(fā)出兩個頻率相同的聲波相互疊加，出現(xiàn)加強區(qū)和減弱區(qū)，這是干涉現(xiàn)象，故C正確，ABD錯誤。故選C。二、多選題6．如圖所示，小球P一邊貼著水面每秒振動5次，一邊沿x軸正方向勻速移動。x=0處是它的初始位置。圖示為恰經(jīng)10個周期時觀察到的水面波。則下列說法正確的是（）A．位于x軸正方向一側的觀測者，接收頻率大于5HzB．位于x軸負方向一側的觀測者，接收頻率大于5HzC．水面波的傳播速度是0.2m/s，小球勻速移動的速度是0.1m/sD．水面波的傳播速度是0.4m/s，小球勻速移動的速度是0.2m/s【答案】AC【解析】AB．小球每秒振動5次，所以波的頻率為5Hz，小球沿x軸正方向勻速移動，根據(jù)多普勒效應規(guī)律可知，位于x軸正方向一側的觀測者，接收頻率大于5Hz，位于x軸負方向一側的觀測者，接收頻率小于5Hz，所以A正確；B錯誤；CD．小球的振動周期為小球振動10個周期所用的時間為小球的速度為水面波的傳播速度為所以C正確；D錯誤；故選AC。7．公路旁常有警察使用雷達測速儀來測定車輛的速度，以此來判斷車輛是否超速，測速儀可在極短的時間內(nèi)發(fā)射兩束雷達波（速度為光的傳播速度），根據(jù)接收到反射回來的雷達波來測定汽車的速度。下列說法中正確的是（

）A．測出的速度實質(zhì)上是發(fā)射兩束雷達波時間內(nèi)的平均速度B．測出的速度實質(zhì)上就是車輛經(jīng)過的瞬時速度C．測速儀直接測出的物理量是時間差D．測速儀測出的速度可以認為是車輛經(jīng)過時的瞬時速度【答案】ACD【解析】AB．因雷達測速儀發(fā)射兩束雷達波有一定的時間間隔，故實質(zhì)上是發(fā)射兩束雷達波時間內(nèi)的平均速度，故A正確，B錯誤；C．測速儀直接測出的是接收到兩束雷達波的時間差，故C正確；D．測速儀測出的雖然是平均速度，但由于時間短，故可以認為是車輛經(jīng)過時的瞬時速度，故D正確。故選ACD。8．關于波的特有現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．只有頻率相同的兩列波才有可能發(fā)生干涉B．干涉時，振動加強的質(zhì)點始終處于最大位移處C．波遇到障礙物時，一定會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．醫(yī)生用“彩超”對病人身體的檢查是多普勒效應的應用【答案】AD【解析】A．由波的干涉定義可知，只有頻率相同的兩列波才有可能產(chǎn)生干涉，A正確；B．干涉時，振動加強的質(zhì)點振幅最大，其位移隨時間做周期性變化，不會始終處于最大位移處，B錯誤；C．波遇到障礙物時，只有障礙物的尺寸與波的波長相差不多，或比波長更小時，會產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，C錯誤；D．醫(yī)生用“彩超”對病人身體的檢查是多普勒效應的應用，D正確。故選AD。9．下列各儀器的分析中正確的是（）A．偏光鏡是利用縱波偏振特性的儀器B．醫(yī)學上用的內(nèi)窺鏡用來檢查人體胃、腸、氣管等臟器的內(nèi)部，內(nèi)窺鏡的連線是用光導纖維制成的，利用了光的全反射原理C．照相機鏡頭呈淡紫色是光的衍射引起的D．雷達測速儀是利用波的多普勤效應原理【答案】BD【解析】A．偏光鏡是利用橫波偏振特性的儀器，故A錯誤；B．內(nèi)窺鏡的連線是用光導纖維制成的，利用了光的全反射原理，故B正確；C．照相機鏡頭呈淡紫色是光的薄膜干涉引起的，故C錯；D．雷達測速主要是利用多普勒效應原理:當目標向雷達天線靠近時,反射信號頻率將高于發(fā)射機頻率;反之,當目標遠離天線而去時,反射信號頻率將低于發(fā)射機率.如此即可借由頻率的改變數(shù)值,計算出目標與雷達的相對速度，故D正確。故選BD。10．蝙蝠在洞穴中飛來飛去時；它利用超聲脈沖導航非常有效，這種超聲脈沖的頻率高于20000Hz，能持續(xù)1ms或不到1ms的短促發(fā)射，且每秒重復發(fā)射數(shù)次。已知蝙蝠在一次正朝著表面平