多普勒效應(yīng)次聲波和超聲波優(yōu)秀教案

第5講

多普勒效

次聲波和聲波多普勒效當(dāng)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率有了差別，這種現(xiàn)象叫普勒效應(yīng)。兩者相互接近時(shí)，接收到的頻率升高；兩者相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的頻率降低。在鐵路附近人們會(huì)聽(tīng)到駛而來(lái)的火車的鳴笛聲音調(diào)高昂；火車馳去時(shí)，鳴笛聲音調(diào)變得低沉，就是一例。這種現(xiàn)象是1842年由奧地利物學(xué)家多普勒加以解釋的。波與觀察者的相對(duì)動(dòng)有三種情況：一種是波源靜止在媒質(zhì)中，觀察者相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)；第二種是觀察著靜止于媒質(zhì)中，波源相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)；第三種情況是波源與觀察者都相對(duì)于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)觀測(cè)者接到的頻率式中

可用下式求出：。是媒質(zhì)中的波速v是觀察者相于媒質(zhì)的速度（當(dāng)觀察者也向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)v取

正值；當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)取值。）是源相對(duì)于媒質(zhì)的速度（當(dāng)波源向觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)u取值；當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)時(shí)，取負(fù)值。教在例．一列正在鳴笛的火，高速通過(guò)某火車站站臺(tái)的過(guò)程中，該火車站站臺(tái)中部的工作人員聽(tīng)到笛聲的頻率（）A變大B、變小C、先變大變小D、變小后變大例．交通警察靜立于公路旁，手中的測(cè)速儀發(fā)出頻率為求測(cè)速儀所接收到的反射波的頻率。

f0

=2500Hz的波，一輛汽車以速度迎面駛來(lái)，試同訓(xùn)我騎自行車在路旁向東走輛警車一邊發(fā)出警報(bào)聲一邊飛速地從東迎面駛又飛速向西離去一程中，我們聽(tīng)到的警報(bào)聲的變化將是（）A音調(diào)先高后低B音調(diào)先后高．音調(diào)沒(méi)有明顯變化D．頻先高后低．如圖－48表產(chǎn)生機(jī)械波的波源做速運(yùn)動(dòng)的情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)

A

CO

B（3觀察到波的頻率最低點(diǎn)是（）A.A點(diǎn)B.B點(diǎn)．關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法中正確的是（）

DA當(dāng)波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，才會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)B當(dāng)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，才會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)C．有機(jī)械波能發(fā)生多普勒效應(yīng)D．僅機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)．有一測(cè)速雷達(dá)，發(fā)射電磁波頻率為f，想用它來(lái)測(cè)量一迎面開(kāi)來(lái)的汽車的車速，設(shè)該雷達(dá)接收到的從汽車反射回來(lái)1的反射波頻率為f，（）2f>fB.f=ff<f無(wú)確定112公巡警開(kāi)車在速公路上以100km/h的定速度巡查在一車道上巡警車向前方的輛轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來(lái)時(shí)，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低，說(shuō)明輛轎車的車速（）A大于B．小于．于100km/hD．法確定．有一種用鋼絲操縱做圓周飛行的飛機(jī)模型，裝有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。操縱者在圓心，在他聽(tīng)來(lái)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音是平衡不變的，場(chǎng)邊觀察者聽(tīng)到的聲音忽高忽低做周期性變化，這是由于，這種象叫。/

拓嘗．經(jīng)研究表明，光是一種電磁波，光波和一切波一樣也具有波動(dòng)性。在組成白光的種單色光中，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)、頻率最低，紫光波長(zhǎng)最短、頻率最高。世年代美天文學(xué)家哈勃觀察恒星光譜時(shí)現(xiàn)所有恒星原定的譜線都向紅一端發(fā)生明顯的偏移就是著名的“哈勃紅移就說(shuō)，既然光譜原定的頻率的譜線向紅端移動(dòng)，就是觀測(cè)到光的頻減小了。據(jù)你所學(xué)過(guò)的知識(shí)，請(qǐng)類比猜想這是光波的什么現(xiàn)象；并簡(jiǎn)單說(shuō)明這一現(xiàn)象能否支持“宇宙是脹的宙大爆炸一沿理論？．一個(gè)觀察者在鐵路旁，當(dāng)火車迎面開(kāi)來(lái)時(shí)，他聽(tīng)到的汽笛聲頻率f=440Hz；當(dāng)火車駛過(guò)他身旁后他聽(tīng)到的汽笛1聲頻率為=392Hz，若空氣中聲速為340m/s，求火車的速度。2v次波超波次聲波和超聲波（1）人耳能聽(tīng)到的聲波頻率范圍是有限的，大致在2到之。頻率低于的聲波稱為次聲波，頻率高于的波稱為超聲波。（2特性和應(yīng)用次聲波：次聲波傳播距離遠(yuǎn)、速度大于海浪傳播速度和臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的速度，所以接收次聲波可預(yù)破壞性很大的海嘯、臺(tái)風(fēng)。超聲波：超聲波具有不可聞、穿透能力強(qiáng)、液壓沖擊大等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)、學(xué)研究以及醫(yī)療衛(wèi)生中。教在例1有人把鬧鐘放在玻璃罩中，用抽氣機(jī)出罩中的空氣，最后聽(tīng)不到鬧鐘鈴聲，裝置如圖所示，用自己的語(yǔ)言解釋這一現(xiàn)象。例．利用超聲波遇到物發(fā)生反射，可測(cè)定物體運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參量，如－50圖a)中器A和B通過(guò)纜駁接，為超聲波發(fā)射與接收一體化裝置，而儀器為供超聲波信號(hào)源而且能將B接收的超聲波信進(jìn)行處理并在熒幕上顯示其波形?，F(xiàn)固定裝置B，將它對(duì)準(zhǔn)勻速行駛的小車，使其每隔固定時(shí)間T發(fā)射短促的超聲波脈沖（如圖中幅度大的波形B接到由小車C射波滯后的時(shí)間已在圖b中標(biāo)出，其中T和T為知量，另外還知道該測(cè)定條件下聲波在空氣中的速度為v，根據(jù)所給信息可判斷小車的運(yùn)動(dòng)方向_______（“左或”向右度大小為_(kāi)_______。同訓(xùn)．每個(gè)人能聽(tīng)到的聲音的波長(zhǎng)范圍略有差異，如果某人只能聽(tīng)到波長(zhǎng)范的聲音那么當(dāng)聲速為340m/s，他能聽(tīng)到的聲音的最低頻率為，最高頻率為。．超聲波在診斷、醫(yī)療和衛(wèi)生工作中也有廣泛的應(yīng)用，我們?nèi)メt(yī)院看病的時(shí)候，常被醫(yī)生要求去做B超檢查，所謂B超是超聲波B型示面成像的方法”的簡(jiǎn)稱，通過(guò)B超檢測(cè)，可探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無(wú)異常。還可以確定腫瘤的有無(wú)、位置和大小等等，對(duì)此下列說(shuō)法不正確的是（）A超聲波在水中傳播的距離要比光波和無(wú)線電波遠(yuǎn)得多B超聲波的穿透能力很強(qiáng)/

LC．聲波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，容易發(fā)生明顯波的衍射現(xiàn)象．床醫(yī)療中，通過(guò)B超檢測(cè)人體是利用波的反射特性．有關(guān)超聲波和次聲波的下列說(shuō)法中，正確的是（）LA次聲波和超聲波都不能引起人類聽(tīng)覺(jué)器官的感覺(jué)B．次聲波能發(fā)生衍現(xiàn)象，而超聲波則不能發(fā)生C．聲波探傷儀利用的是超聲波穿透能力很強(qiáng)的原理D．謂B超是超聲波B型示切面成像方法，是利用超聲波的反射，來(lái)探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無(wú)異常．海豚有完善的聲納系統(tǒng)，它能在黑暗的海水中準(zhǔn)確而快速地捕捉到食物，避開(kāi)敵，其效果遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代的無(wú)線電定位系統(tǒng)，這是利用海豚自身發(fā)出的超聲波來(lái)完成的。海豚的聲納系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于無(wú)線電定位系統(tǒng)，雷達(dá)，這是因?yàn)椋ǎ〢海豚發(fā)出的波比無(wú)線電傳播的速度快，方向性好B．豚發(fā)出的波比無(wú)線電波的頻率高，抗干擾能力強(qiáng)C．豚發(fā)出的波比無(wú)線電波的能量大，傳播距離遠(yuǎn)D海豚發(fā)出的波在水中能量減比無(wú)線電波少．下列超聲波的應(yīng)用是依據(jù)超聲波的哪個(gè)重要性質(zhì)？（1利用超聲波碎膽結(jié)石。（2探查金屬內(nèi)部的缺陷。（3利用超聲波將物體顆粒擊碎，制造各種納M材。．如圖是在高速公路上用超聲波測(cè)速儀測(cè)量車速的意圖，測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào)，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號(hào)間的時(shí)間差，測(cè)出被測(cè)物體的速度。中，P、P是速儀發(fā)出的超聲波信號(hào)、分別是PP12112由汽車反射回來(lái)的信號(hào)測(cè)速儀勻速掃描P之間的時(shí)間間Δ=1.0s聲波在空氣中傳播的速度是v=340m/s，12若汽車在接收到P、兩信號(hào)之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離______m，車的速度是_______m/s17．臺(tái)北消息1999

年

9

月

21

日凌晨，臺(tái)灣南投地區(qū)發(fā)生了

7.6

級(jí)大地震，它是由臺(tái)灣中部大茅——雙冬及車籠鋪兩塊斷層受到擠壓，造成劇烈上升及平行移位而形成.知地震波分三種：縱(P

波，度

v=9.9km/sP

；橫波S

波，度

v=

4.5km/s；波

L

波，度

v<v，淺源地震中破壞力最。(1)位于震源上方的南投地區(qū)某學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有水平擺

與豎直擺

(圖甲，震發(fā)生時(shí)最先劇烈振動(dòng)的是哪個(gè)?(2)臺(tái)中市地震觀測(cè)臺(tái)記錄到的地震曲線假若如圖乙所示圖可知a、c

三種波形各對(duì)應(yīng)于哪種地震?在曲線圖上測(cè)得

波與

S

波的時(shí)間差為7.6

，則地震臺(tái)距震(Z

)多遠(yuǎn)?(3)假若地震

波沿直線傳播到臺(tái)中市時(shí)，當(dāng)?shù)氐乇砟硺?biāo)志物振動(dòng)方向沿圖丙中ZT方向，測(cè)得某時(shí)刻該志物的水平分位移=23.1mm豎直分位移y=

，試由此估算震源深度

h

./

1000多勒應(yīng)1000答：教在：例解當(dāng)聲源向著靜止觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)波的波長(zhǎng)變短察接收到的頻率變大當(dāng)源遠(yuǎn)離靜止的觀察者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，觀察者接收到的頻率變小?；疖囃ㄟ^(guò)站臺(tái)時(shí)，先靠近站臺(tái)工作人員，然后又遠(yuǎn)，所以選項(xiàng)C對(duì)例．解：沒(méi)汽車的運(yùn)動(dòng)度為v=72km/h=20m/s，汽車接收到的波的頻率為：

f1

uu

f

o波被汽車反射后相當(dāng)于波源向觀察者運(yùn)動(dòng)，所以交通警察接收到的聲波頻率為：f2

uu340ff25000u340同訓(xùn)：AD(1)D(2)A(3)BADA聲和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，多普勒效應(yīng)略略次波超波答：教在例．解：要清楚的解釋一現(xiàn)象，應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是聽(tīng)不到鬧鐘的鈴聲，是因?yàn)闆](méi)有聲波傳播；二是傳播機(jī)械波的必備條件之一－彈性介質(zhì)的存在。玻璃罩內(nèi)被抽成真空，說(shuō)明真空不能傳播機(jī)械波。由繩索的形成過(guò)程可知機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的機(jī)理――質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用的彈力，罩中沒(méi)有空氣，鈴聲就不能對(duì)周圍間施力，周圍空間就不能將鈴的振動(dòng)向外