高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应获奖课件ppt

高中物理新教材特点分析及教学策略

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5　多普勒效应

[学习目标]　1.知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应的形成原因.2.了解多普勒效应在生活中的应用，会用多普勒效应解释一些物理现象．

一、多普勒效应

1．多普勒效应

波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象．

2．多普勒效应产生的原因

(1)当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观测到的频率等于波源振动的频率．

(2)当波源与观察者相互接近时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(选填“增加”或“减小”)，观测到的频率增加(选填“增加”或“减小”)；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率减小(选填“增加”或“减小”)．

二、多普勒效应的应用

1．利用多普勒测速仪测速

交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少，就能知道车辆的速度．

2．利用超声波测血流速度

医生向人体内发射频率已知的超声波，测出被血管中的血流反射后的波的频率变化，就可知道血流的速度．

3．利用光波的频率变化，计算星球靠近或远离我们的速度．

1．判断下列说法的正误．

(1)发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化．(　×　)

(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应．(　×　)

(3)当观察者远离波源运动时，观察者接收到的波的频率变大．(　×　)

(4)多普勒效应是由于波的干涉引起的．(　×　)

2.如图表示产生机械波的波源S做匀速运动的情况，图中的实线表示波峰．该图表示多普勒效应现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是________、________.

答案　A　B

一、多普勒效应

导学探究

警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化．思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛发出的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？

答案　(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低

(2)实际上警笛发出的音调不会变化

(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增加；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化

知识深化

1．相对位置变化与频率的关系

2.成因归纳

(1)根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动，且两者间距发生变化．

(2)发生多普勒效应时，波源的频率保持不变，只是观察者接收到的频率发生了变化．

例1　(2021·兰州一中期中)关于多普勒效应，下列说法正确的是(　　)

A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了

B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化

C．当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应

D．只有声波才能发生多普勒效应

答案　B

解析　当波源与观察者之间有相对运动且两者间距发生变化时会发生多普勒效应，而观察者与波源速度相同时，两者不发生相对运动，不会产生多普勒效应，选项C错误；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A错误，B正确；多普勒效应不仅适用于声波，也适用于其他类型的波，如光波或电磁波，选项D错误．

例2　上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，同学们听到蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是(　　)

A．旋转时蜂鸣器发声的频率变化了

B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率

C．蜂鸣器音调变低时，一定是向学生的方向运动

D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的

答案　B

解析　旋转过程中，声源(蜂鸣器)与同学们的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，D错误；蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们听到的声音频率变化了，A错误，B正确；当蜂鸣器远离学生时，听到声音的频率变小即音调变低，C错误．

针对训练1　频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率．若u增大，则(　　)

A．f增大，v增大   B．f增大，v不变

C．f不变，v增大   D．f减小，v不变

答案　B

解析　由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率f增大，故B项正确．

1．多普勒效应的产生不取决于波源和观察者相距多远，而取决于波源和观察者相对运动速度的大小和方向

2．波的传播速度不因波源的移动而改变．

二、多普勒效应的应用

导学探究

在体检时， B超能够在切面上显示黑白色的组织器官的结构和功能，能实时动态地进行检查．而体检时还有一项为多普勒彩超检查，你知道这种检测方式相比B超有哪些优势吗？

答案　彩超利用了超声多普勒效应，在B超基础上增加了血流情况，可以清晰的观察到脏器内部或是病变部位的血流速度、血管分布等，对疾病的诊断更加准确．

知识深化

多普勒效应在生产、生活中的应用越来越广泛，其应用的主要方式是通过测速度来判断研究对象的状况．具体应用如下：

1．超声波测速：发射装置向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率．根据反射波频率的变化的多少可以知道车辆的速度．

2．医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后被仪器接收．测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，据此诊断疾病．

3．可根据火车汽笛的音调的变化判断火车是进站还是出站；根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹飞行的方向等．

4．测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可测得星球靠近或远离地球的速度．若星系远离我们运动，接收到的光波的频率变小，谱线就向频率小的红端移动，这种现象称为红移现象．

例3　(多选)(2022·太原五中月考)关于多普勒效应的应用，下列说法中正确的是(　　)

A．发现星系谱线的“红移”现象

B．利用多普勒效应可以从火车的鸣笛声中判断其运动方向

C．利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度

D．目前在技术上人们只能利用声波发生的多普勒效应

答案　ABC

解析　星系谱线的“红移”现象的发现是多普勒效应在天体运动中的应用，选项A正确；利用多普勒效应可以从火车的鸣笛声中判断其运动方向，这是多普勒效应在机械运动中的应用，选项B正确；利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度，这是多普勒效应在天体运动中的应用，选项C正确；人们已可以利用电磁波的多普勒效应进行各种测量，故D错误．

例4　公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低．

(1)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？

(2)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的波的频率应怎样变化？

答案　(1)超速　(2)比发出时高

解析　(1)巡警车接收到的频率低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离；而巡警车车速恒定，以100 km/h的速度在轿车后面行驶，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该车超速．

(2)若该轿车以20 m/s的速度行进，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的电磁波的频率应比发出时高．

针对训练2　汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去．其使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度．若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则(　　)

A．当f＝f′时，表明前车与无人车速度相同

B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态

C．当f′>f时，表明前车在加速行驶

D．当f′<f时，表明前车在减速行驶

答案　A

解析　当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和波源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明两者之间的距离不变，表明前车与无人车的速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误；当f′>f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C错误；当f′<f时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车在加速行驶，故D错误．

考点一　多普勒效应的理解

1．(多选)(2021·重庆一中期中)关于多普勒效应，以下说法正确的是(　　)

A．只有机械波才能产生多普勒效应

B．机械波和电磁波均能产生多普勒效应

C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化

D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化

答案　BD

解析　无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A错误，B正确．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，故D正确，C错误．

2．(多选)(2022·广州二中月考)下列现象中属于多普勒效应的是(　　)

A．夏日雷声轰鸣不绝

B．有两只相同的音叉，若一只被敲击振动发声，发现另一只也振动发声

C．战场上士兵听到的敌方炮弹飞行声音和听到的我方炮弹飞行声音不同

D．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化

答案　CD

解析　夏日雷声轰鸣不绝，属于声波的反射，A错误；有两只相同的音叉，若一只被敲击振动发声，发现另一只也振动发声，这是声音的共振，B错误；战场上士兵听到敌方炮弹飞行声音和听到我方炮弹飞行声音不同，是多普勒效应，C正确；探测器接收到超声波频率发生变化是由于血液发生流动，探测器与血液的观测点的距离发生变化，可以用多普勒效应解释，D正确．

3．(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐．当火车静止，火车外的观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调．以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是(　　)

A．观察者静止，火车向他驶来

B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动

C．观察者静止，火车离他远去

D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动

答案　CD

解析　根据多普勒效应可知，若波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高；若波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低．观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大，A、B错误，C、D正确．

4.(多选)将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是(　　)

A．振针向右移动

B．振针向左移动

C．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率小

D．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率大

答案　AC

解析　振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其反方向上的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者，观察者接收到的频率比振针的振动频率小，故A、C正确．

考点二　多普勒效应的应用

5．下列关于多普勒效应的说法正确的是(　　)

A．医院检查身体的“彩超”仪运用了多普勒效应

B．大风中，远处人的说话声时强时弱

C．由地球上接收到的遥远天体发出的光波发生“红移”现象(各条谱线的波长均变长)，可以判断遥远天体正靠近地球

D．静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者

答案　A

解析　医院检查身体的“彩超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应，故选项A正确；B项中说的现象是能量传递的问题，故选项B错误；当波源与观察者相互靠近时，观测到的频率增大，反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率减小，故选项D错误；“红移”现象中光波频率变小，因此遥远天体正在远离地球，故选项C错误．

6．(2022·岳阳质检)蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效．这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒连续发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平滑的墙壁飞扑的过程，下列判断中正确的是(　　)

A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 Hz

B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率

C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率

D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz

答案　C

解析　由于蝙蝠和墙壁发生相对运动，且相互靠近，因此墙壁接收到的频率f1大于39 000 Hz，频率为f1的波经墙壁反射后，与蝙蝠相互靠近，因此蝙蝠接收到反射波的频率f2＞f1，C选项正确．

7．(多选)(2020·全国卷Ⅰ改编)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　)

A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声

B．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低

C．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同

D．天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化

答案　BD

解析　看到闪电后，过一会儿才能听到雷声，是光和声音在空气中的传播速度不同造成的，故A错误；观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调变低是由于列车与观察者的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，故B正确；声波在空气中和水中的传播速度不同，是由于进入不同介质，波长发生变化引起的，故C错误；观察者与双星的距离发生变化，接收到的频率发生变化，产生周期性变化的光谱，属于多普勒效应，故D正确．

8．(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，关于女同学的感受，下列说法正确的是(　　)

A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高

B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高

C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变

D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低

答案　AD

解析　女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感觉哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感觉音调变低，选项A、D正确，B、C错误．

9．平直公路上，汽车正在匀速远离多普勒测速仪，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，下列被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图像，正确的是(　　)

答案　D

解析　汽车正在匀速运动，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的，由于是远离测速仪，汽车反射波的频率应该小于测速仪发出波的频率，选项D正确．

10.(2022·南昌一中月考)轮船在进港途中与港口间的距离随时间变化规律如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项图中的(　　)

答案　A

解析　轮船匀速靠近港口的过程中，测到的频率不随时间变化，但速度大时，频率大，由x－t图像可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度关系为v1＞v3＞v2，可知f1＞f3＞f2，选项A符合题意．

11．某人站在地面上某处，一架飞机由远而近从人的头顶上方匀速飞过，则人听到飞机发出声音的频率(　　)

A．越来越低   B．越来越高

C．先变高后变低   D．先变低后变高

答案　A

解析　当飞机飞近人时，人听到飞机声音的频率越来越低，但总是f听＞f源，当飞机远离人时，人听到飞机声音的频率越来越低，且都是f听＜f源，故在飞机飞过头顶的过程中听到的声音频率一直是越来越低，即A项正确．