高中物理第二章機(jī)械波第五節(jié)多普勒效應(yīng)學(xué)案(含解析)粵教版

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGEPAGE1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第五節(jié)多普勒效應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．能說(shuō)出什么是多普勒效應(yīng)．2．能用多普勒效應(yīng)解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象．重點(diǎn):多普勒效應(yīng)的規(guī)律．難點(diǎn):用多普勒效應(yīng)解釋相關(guān)現(xiàn)象．1．多普勒效應(yīng)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感覺(jué)到波的頻率變化的現(xiàn)象．2．多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象分析（1）波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，觀察者感覺(jué)到的波的頻率等于波源的振動(dòng)頻率．（2)波源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者感覺(jué)到的波的頻率大于波源的振動(dòng)頻率．（3）波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者感覺(jué)到的波的頻率小于波源的振動(dòng)頻率．3．應(yīng)用（1）交通:大城市中的一些路段通常需限制車速，如學(xué)校附近，在公路上安裝多普勒測(cè)速儀便可測(cè)出過(guò)往車輛是否超速．（2）測(cè)天體運(yùn)動(dòng)：通過(guò)測(cè)量某天體上元素發(fā)出的光波的頻率，就可以算出此天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)情況．（3）醫(yī)療：醫(yī)院里用的彩超通過(guò)測(cè)定反射波的頻率變化，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變．（4）軍事：根據(jù)炮彈飛行時(shí)的呼嘯聲判斷炮彈的飛行方向．預(yù)習(xí)交流學(xué)生討論：聲源向觀察者運(yùn)動(dòng)和觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)，都會(huì)使觀察者感覺(jué)到接收到的聲波頻率變大,這兩種情況有什么區(qū)別？答案:聲源向觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，波速增大，波長(zhǎng)不變，導(dǎo)致觀察者感覺(jué)到聲波頻率增大；觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，波速不變,波長(zhǎng)減小,導(dǎo)致觀察者感覺(jué)到聲波頻率增大．多普勒效應(yīng)1．聲音的音調(diào)由什么來(lái)決定？答案：由頻率決定,頻率大則音調(diào)高,頻率小則音調(diào)低．2．多普勒效應(yīng)中聲源的頻率發(fā)生變化了嗎？答案：多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象．其實(shí)波源的頻率并不是發(fā)生變化,只是觀察者感受到的頻率發(fā)生了變化．3．（1）產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是什么?（2）有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車的汽笛聲中判斷出火車的運(yùn)動(dòng)方向．其原因是什么？答案:（1）產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源與觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)．（2)利用多普勒效應(yīng)．火車運(yùn)行方向不同時(shí),鐵路工人接收到的頻率不同，感受到的聲音的音調(diào)不同,因此可以從汽笛聲中判斷火車的運(yùn)行方向．一個(gè)觀察者在鐵路旁，當(dāng)火車迎面駛來(lái)時(shí),他聽(tīng)到的汽笛聲頻率為f1＝440Hz;當(dāng)火車駛過(guò)他身旁后，他聽(tīng)到的汽笛聲的頻率f2＝392Hz．若大氣中聲速約為330m/s，求火車的速度和火車汽笛發(fā)聲的頻率f0．點(diǎn)撥：在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．觀察者與波源相互接近時(shí)接收到的頻率變大，遠(yuǎn)離時(shí)接收到的頻率變?。^察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)．答案：19。0m/s414。7Hz解析:設(shè)火車的速度為V，聲速為v當(dāng)火車靠近時(shí)，聲波的波長(zhǎng)被壓縮為λ′＝vT－VT＝eq\f(v－V，f0）．觀察者聽(tīng)到的頻率f1＝eq\f（v，λ′）＝eq\f（vf0，v－V)，即f1＝eq\f(vf0，v－V）①同理，當(dāng)火車遠(yuǎn)離時(shí)，有f2＝eq\f（vf0,v＋V),即f2＝eq\f(vf0，v＋V)②聯(lián)立①②解得V≈19。0m/s，f0≈414。7Hz．1．發(fā)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者和聲源之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)．2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率不變，由于觀察者和波源之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致觀察者感覺(jué)接收到的波的頻率發(fā)生改變．3．觀察者和波源靠近時(shí)，波的頻率變大；觀察者和波源遠(yuǎn)離時(shí)，波的頻率變?。?．多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象．一切波都可以發(fā)生多普勒效應(yīng)．1．關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）．A．多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的B．多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率發(fā)生改變C．多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的D．只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)答案：C解析：多普勒效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是由于觀察者與波源在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率與實(shí)際頻率不同，而實(shí)際上波源的頻率是不會(huì)改變的，且多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程的共有特征．2．以下關(guān)于多普勒效應(yīng)的說(shuō)法中正確的是（）．A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),波源的振動(dòng)頻率發(fā)生變化B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),波源的振動(dòng)頻率并沒(méi)有發(fā)生變化C．多普勒效應(yīng)實(shí)際上是指波速相對(duì)介質(zhì)發(fā)生變化D．人與波源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察到的頻率一定發(fā)生變化答案：B解析：多普勒效應(yīng)是指由于觀察者和波源之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),而使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，實(shí)際上波源的頻率并沒(méi)有發(fā)生變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確，C錯(cuò)誤．當(dāng)觀察者與波源有相對(duì)運(yùn)動(dòng),但距離不變時(shí)（既不接近，也不遠(yuǎn)離,如人繞波源做勻速圓周運(yùn)動(dòng)），此時(shí)不會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤．3．站在火車站臺(tái)上的旅客聽(tīng)到火車?guó)Q笛聲的音調(diào)變化情況，以下說(shuō)法正確的是（）．A．當(dāng)火車減速進(jìn)站時(shí)，鳴笛聲的音調(diào)變低B．當(dāng)火車減速進(jìn)站時(shí),鳴笛聲的音調(diào)變高C．當(dāng)火車加速離站時(shí)，鳴笛聲的音調(diào)變低D．當(dāng)火車加速離站時(shí)，鳴笛聲的音調(diào)變高答案：BC解析:當(dāng)觀察者接收到的頻率等于聲源頻率時(shí)，音調(diào)不變；當(dāng)聲源向觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率大于聲源頻率時(shí)，音調(diào)變高；當(dāng)觀察者與聲源的距離變大時(shí)，觀察者接收到的頻率小于聲源頻率時(shí),音調(diào)變低，所以當(dāng)火車減速進(jìn)站時(shí)，鳴笛聲的音調(diào)變高,火車加速離站時(shí)，鳴笛聲的音調(diào)變低,故選項(xiàng)B、C正確．4．有一種用鋼絲操縱做圓周飛行的飛機(jī)模型，裝有兩沖程的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力,操縱者站在圓心，在他聽(tīng)來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的聲音是平穩(wěn)不變的．場(chǎng)邊的觀察者聽(tīng)到的聲音忽高忽低地做周期性變化．（1)這是由于__________;這種現(xiàn)象叫__________．(2）模型飛機(jī)的飛行速度是90km/h，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是9000r/min,則觀察者聽(tīng)到的聲音的最高頻率是__________Hz，最低頻率是__________Hz，操縱者聽(tīng)到的聲音的頻率是__________Hz．（設(shè)這時(shí)空氣中的聲速為340m/s)答案：（1）聲源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)多普勒效應(yīng)(2）162140150解析：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)聲的頻率f0＝eq\f（9000,60)Hz＝150Hz，這也是操縱者聽(tīng)到的聲音的頻率．模型飛機(jī)飛行速度為eq\f（90×103，3600）m/s＝25m/s．當(dāng)飛機(jī)向觀察者飛行時(shí)，聲波波長(zhǎng)為λ1＝eq\f（340－25，150)m＝2.1m,此時(shí)觀察者聽(tīng)到的頻率即為最高頻率fmax＝eq\f(v,λ1)＝eq\f（340，2。1）Hz＝162Hz．當(dāng)飛機(jī)遠(yuǎn)離觀察者飛行時(shí),聲波波長(zhǎng)變?yōu)棣?＝eq\f（340＋25,150）m＝2。43m，此時(shí)觀察者聽(tīng)到的頻率即為最低頻率fmin＝eq\f(v,λ2）＝eq\f(340,2.43）Hz＝140Hz．5．警車上的警笛每隔0.5s響一次，一個(gè)人坐在以60km/h的速度向警車行駛的汽車上,求此人在5分鐘內(nèi)聽(tīng)到聲音的次數(shù)是多少,聲音在空氣中的傳播速度為340m/s．答案：594解析：響聲在空氣中的間隔類似于一個(gè)波長(zhǎng)為λ＝340×0.5m＝170m的波，人與聲音的相