1、5 多普勒效应多普勒效应 学科素养与目标要求 物理观念：1.了解多普勒效应.2.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象 科学思维：能运用多普勒效应解释一些物理现象. 科学探究：进行演示实验“蜂鸣器音调的变化”，让学生实际感受一下音调随波源与观察者 距离的变化而发生的变化 科学态度与责任：在实验过程中很好地保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结 论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点 一、多普勒效应 1多普勒效应 波源与观察者互相靠近或者互相远离时，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)
2、的数目是一定的，观察到的 频率等于波源振动的频率 (2)当波源与观察者相向运动时，1 s 内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(填“增加”或 “减小”)， 观察到的频率增加(填“增加”或“减小”)； 反之， 当波源与观察者互相远离时， 观察到的频率减小(填“增加”或“减小”) 3应用 (1)测车辆速度 (2)测星球速度 (3)测血流速度 二、波的反射和折射 1.反射现象：波遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象 2.折射现象：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象 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
3、时，一定发生多普勒效应( ) (3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化( ) 2如图 1 表示产生机械波的波源 S 做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰该图表示 _现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是_、_. 图 1 答案 多普勒效应 A B 一、多普勒效应 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)实际上警笛的音调不会变化 (3) 警车与观
4、察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；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 多普勒效应产生的原因分析 1相对位置变化与频率的关系(规律) 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止， 如图所示 f观察者f波源 音调不变 波源 S 不动， 观察者 A 运动， 由 AB 或 AC，如图所示 若靠近波源， 由 AB， 则 f观察者f波源， 音调变高；若远离波源，由 AC， 则 f观察者f波源 音调变高 2.成因归纳 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 例 1 关于多普勒效应，下列说法中正确的
5、是( ) A发生多普勒效应时，波源频率发生了变化 B要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化 C.火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高 D只有声波才能发生多普勒效应 答案 B 解析 发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两 者间距发生变化才能发生多普勒效应，故 A 错误，B 正确；根据多普勒效应可知，当波源和 观察者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高，听到的声音音调变高，当波源和 观察者间距变大， 观察者接收到的频率一定比波源频率低， 听到的声音音调变低， 故 C 错误； 所有波都能发生
6、多普勒效应，故 D 错误 学科素养 例 1 这道题判断是不是发生了多普勒效应首先确定波源与观察者间距是否发 生了变化当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频 率变大，但波源的频率不变意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了 “科学思维”学科素养 针对训练 (2017 盐城高二检测)装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行 驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波当某汽车向测速监视 器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比( ) A频率不变，波速变小 B波速不变，频率变小 C频率不变，波速变大 D波
7、速不变，频率变大 答案 D 解析 波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比波 速不变，根据声音的多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率变高，所以被该汽车反射回 来的反射波与发出的超声波相比频率变大，故 D 正确，A、B、C 错误 二、波的反射和折射及应用 如图所示，当波从介质传播到两介质的交界面时，返回介质的波和进入介质的波的频 率变化吗？波长变化吗？ 答案 返回介质时波的频率和波长均不变，进入介质的波的频率不变，波速变化，由 v f 得，波长变化 1波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折 射，波的频率是不改变的 2波速是
8、由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同 介质中传播，因此波速改变 3波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公 式 v f可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由 v f可知波长变 大；反之变小 例 2 图 2 中 1、2、3 分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( ) 图 2 A2 与 1 的波长、频率相等，波速不等 B2 与 1 的波速、频率相等，波长不等 C3 与 1 的波速、频率、波长均相等 D3 与 1 的频率相等，波速、波长均不等 答案 D 解析 波线 1、2 都在介质 a 中传播，故 1
9、、2 的频率、波速、波长均相等，A、B 错；波线 1、 3 是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由 v f得波长不同， 故 C 错，D 对 例 3 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过 1 s 第一次听到回 声，又经过 0.5 s 再次听到回声，已知声速为 340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？ 答案 425 m 解析 设两墙壁间的距离为 s，测量员离较近的墙壁的距离为 x，则他离较远的墙壁的距离为 sx， 第一次听到回声时，2xvt1 第二次听到回声时，2(sx)v(t1t) 其中 t0.5 s，t11 s，代入数据得：s425 m. 回声测距
10、的三种情况 1当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播 速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下用的时间相等，设经时间 t 听到 回声，则声源距障碍物的距离为 sv声 t 2. 2 当声源以速度 v 向静止的障碍物运动或障碍物以速度 v 向静止的声源运动时， 声源发声时 障碍物到声源的距离为 s(v声v) t 2. 3 当声源以速度 v 远离静止的障碍物或障碍物以速度 v 远离静止的声源时， 声源发声时障碍 物到声源的距离为 s(v声v) t 2. 1 (对多普勒效应的理解)(多选)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为
11、0.80 m 的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的 P 点且相对于圆心静止，如图 3 所示， 下列判断正确的是( ) 图 3 A观察者接收到声源在 A 点发出声音的频率大于 600 Hz B观察者接收到声源在 B 点发出声音的频率等于 600 Hz C观察者接收到声源在 C 点发出声音的频率等于 600 Hz D观察者接收到声源在 D 点发出声音的频率小于 600 Hz 答案 AB 2(多普勒效应的应用)(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天体发出的光波的频率来判断遥远天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波，波被运动的汽
12、车反射回来，根据接收 到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理 C铁路工人用耳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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去 答案 ABD 3(对波的现象的综合认识)下列物理现象：(1)在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝； (2)“闻其声而不见其人”； (3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音； (4)当正在 鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高这些物理现象分别属于波的 ( ) A反射、衍射、干涉、多普勒效应 B折射、衍射、多普勒效应、干涉 C反射、折射、干涉、多普勒效应 D衍射、折射、干涉、多普勒效应
13、 答案 A 解析 在春天里一次闪电过后，雷声轰鸣不绝，属于声波的反射；“闻其声而不见其人”属 于声波的衍射；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉；当正在 鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应 4(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为 0.2 m当该声波从空气中以某一角度传入 介质中时，波长变为 0.6 m，如图 4 所示，若空气中的声速是 340 m/s.求： 图 4 (1)该声波在介质中传播时的频率； (2)该声波在介质中传播的速度； (3)若声波垂直进入介质，经 0.4 s 返回空气，则介质的深度为多少？ 答案 (1)1 700 Hz (2)1 020 m/s (3)204 m 解析 (1)声波在空气中传播时，由 vf 得： 空气中频率 fv1 1 340 0.2 Hz1 700 Hz. 由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质中传播时，频率为 1 700 Hz. (2)由 vf 得声波在介质中的传播速度为 v22f0.61 700 m/s1 020 m/s. (3)声波经t 20.2 s 传至介质底部，故介质的深度 hv2 t 21 0200.2 m204 m.