高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应导学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应导学案及答案，共8页。

☆ 阅读本节教材，回答第74页“问题”并梳理必要知识点．教材第74页问题提示：这是声波的多普勒效应．
一、多普勒效应
1．定义：波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应．
2．产生原因：(1)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率变大．
(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小．
二、多普勒效应的应用
(1)测量汽车速度
交通警车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)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，可得星球的速度．
(3)测血液流速
向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应．(×)
(2)火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者．(√)
(3)只有声波才能发生多普勒效应．(×)
(4)铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况是利用了多普勒效应．(×)
2．(多选)下面说法中正确的是( )
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．多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的
D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的
BCD [当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，选项C正确；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，选项B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，选项D正确．]
3．(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应( )
A．利用地球上接收到遥远星体发出的光波的频率来判断遥远星体相对于地球的运动速度
B．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，电磁波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理
C．铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况
D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去
ABD [凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对于地球运动的速度，故A选项正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项正确；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运行情况，是利用声音在固体中传播得快的特点，与多普勒效应无关，故C选项不符合题意；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故D选项正确．]
教材第75页“思考讨论”的答案提示：
振动片正向左移动；左边接收完全波的个数多．
在学校里，请老师帮助把1 kHz左右的音频声信号录制在你的磁带中．实验时把磁带放在收录机中，用两根绳子把收录机悬挂在门的气窗横梁上，按下放音键，使收录机发声．让收录机摆动起来．你感觉到的收录机的音调怎样变化？
提示：当收录机向你摆来时音调变高，远离你去时音调变低．
1．多普勒效应的成因
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．
2．相对位置变化与频率的关系(规律)
【例1】 如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
(1)该图表示的是( )
A．干涉现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
(2)波源正在移向( )
A．A点 B．B点
C．C点D．D点
(3)观察到的波的频率最低的点是( )
A．A点 B．B点
C．C点D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的现象分析，判断问题时必须先明确如下几点：①常见的波动现象有哪些？②怎样根据波形判断波源的移动方向？③波源的移动对观察到的波的频率有何影响？
(1)D (2)A (3)B [(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确．(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确．(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到波的频率最低，即B选项正确．]
本题中由于波源的移动，使观察者在A点处接收到的频率变大，本质上是什么物理量变化引起的呢？
[答案] 波长
观测者向波源靠近时，波源频率不变，但观测者接收到的频率增高，即音调增高；反之，观测者与波源远离时，观测者接收到的频率降低、音调降低.
eq \([跟进训练])
1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( )
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
B [当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，而观察者与波源速度相同且同向运动时，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，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，包括电磁波和光波，选项D错误．]
1.超声波测速
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．
名师点睛：频率高于20 000 Hz的声波称为超声波；与能听到的声音相比，超声波有两个特点：一是可以比较容易地产生大功率的声波；二是它几乎沿直线传播．
2．医用“彩超”
向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就可算出血流的速度．
3．判断火车的运动方向
火车驶来时，由于多普勒效应，听到的汽笛声调比较高，感觉到尖锐刺耳；火车远离时，听到的汽笛声调较低，听起来较为低沉．
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，可算出星球的速度．
【例2】 (多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率．下列说法正确的是( )
A．车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高
B．车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低
C．警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低
D．警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变
AB [车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，选项A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，选项B正确，D错误．]
对多普勒效应的理解
(1)在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者接收到的频率发生了变化．
(2)多普勒效应是波特有的现象，电磁波和光波也会发生多普勒效应．
eq \([跟进训练])
2．(多选)下列选项与多普勒效应有关的是( )
A．科学家用激光测量月球与地球间的距离
B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速
C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡
D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度
E．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度
BDE [当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故A、C错误；当观察者与测量对象相对运动时，发生多普勒效应，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D、E正确．]
1．物理观念：多普勒效应．
2．科学思维：相对运动法理解多普勒效应．
3．科学探究：探究声波的多普勒效应.
1．(多选)下列现象属于多普勒效应的是( )
A．远去的汽车声音越来越小
B．炮弹迎面飞来，声音刺耳
C．火车向你驶来时，音调变高；驶离你而去时，音调变低
D．大风中，远处人的说话声时强时弱
BC [A项和D项中所说的现象是能量传播的问题，不是多普勒效应．B、C两项所发生的现象是多普勒效应．]
2．(多选)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( )
A．波速变大 B．波速不变
C．频率变高D．频率不变
BC [本题考查多普勒效应．在同种介质中，超声波的传播速度保持不变，因此A项错误，B项正确；因鱼群正向渔船靠近，单位时间内渔船接收到的超声波的个数变多，根据多普勒效应可知，频率变高，因此C项正确，D项错误．]
3．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