人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案4：3 5 多普勒效應(yīng)

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE13.5多普勒效應(yīng)〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識多普勒效應(yīng)。2.能解釋多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因。3.能列舉多普勒效應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。〖自主學(xué)習(xí)〗要點(diǎn)多普勒效應(yīng)波源與觀察者相互靠近或者相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化。人們把這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。思考：（1）火車進(jìn)站和出站時(shí)，坐在火車上的乘客能感受到汽笛聲的音調(diào)發(fā)生變化嗎？（2）隨著科技的發(fā)展和作戰(zhàn)的需要，現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機(jī)飛得越來越快，有些戰(zhàn)斗機(jī)的速度超過了聲音在空氣中的傳播速度。假設(shè)某爆炸聲在空氣中的傳播速度為340m/s，一架戰(zhàn)斗機(jī)正在爆炸點(diǎn)附近遠(yuǎn)離它飛行，要使飛行員聽不到爆炸聲，戰(zhàn)斗機(jī)飛行的速度至少為多大？名師『點(diǎn)石成金』1.波源與觀察者相對靜止時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目是一定的，觀察者感覺到的頻率等于波源振動的頻率。2.波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目增加，觀察者感覺到的頻率大于波源的頻率，即感覺到頻率增大。3.波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者感覺到頻率減小?！颊n堂探究〗情境1.公路巡警開車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，該電磁波被轎車反射回來時(shí)，警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)的低。（1）若該路段限速為100km/h，則轎車是否超速？（2）若轎車以20m/s的速度行進(jìn)，反射回的電磁波的頻率應(yīng)怎樣變化？探究歸納1.波源頻率、接收頻率和音調(diào)（1）波源頻率：波源完成一次全振動，向外發(fā)出一個(gè)波長的波，稱為一個(gè)完全波。頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)。因此波源的頻率又等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。（2）接收頻率①波源和觀察者相對靜止時(shí)，觀察者接收到的波的頻率等于波源的頻率。②波源和觀察者有相對運(yùn)動時(shí)，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)發(fā)生變化，即接收到的波的頻率發(fā)生變化。波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的波的頻率增大；二者如果相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的波的頻率減小。（3）音調(diào)：音調(diào)由頻率決定，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接收到的聲波的頻率（單位時(shí)間內(nèi)接收到的聲波的完全波個(gè)數(shù)）決定的。2.多普勒效應(yīng)成因分析（1）相對位置變化與頻率的關(guān)系（規(guī)律）相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止f波源S不動，觀察者A運(yùn)動，由A→B或A→C若靠近波源，由A→B，則f波源若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f觀察者A不動，波源S運(yùn)動，由S→f（2）成因歸納：根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)。一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運(yùn)動。3.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用（1）測車輛速度：交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射一個(gè)已知頻率的超聲波，波被運(yùn)動的車輛反射回來時(shí)，交通警察根據(jù)反射波頻率變化的多少可知車輛的速度。（2）測天體速度：根據(jù)光波的多普勒效應(yīng),在地球上接收到的遙遠(yuǎn)天體上某些元素發(fā)出的光波頻率，與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對照，可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對地球的運(yùn)動速度。（3）醫(yī)用“彩超”：醫(yī)生向人體發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收。測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度，據(jù)此診斷疾病。（4）聽音辨向：可根據(jù)火車汽笛聲的音調(diào)的變化判斷火車是進(jìn)站還是出站；根據(jù)炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈飛行的方向等。〖典例精析〗例1．如圖所示，產(chǎn)生機(jī)械波的波源從O點(diǎn)開始做勻速運(yùn)動，圖中圓表示波峰，已知波源振動的頻率為f0，則下列說法正確的是A.該圖表示波源正在向A點(diǎn)移動B.觀察者在A點(diǎn)接收到的波的頻率是定值且大于fC.觀察者在B點(diǎn)接收到的波的頻率是定值且大于fD.觀察者在C點(diǎn)或D點(diǎn)接收到的波的頻率是定值且大于f規(guī)律總結(jié)（1）發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，接收到的波的頻率發(fā)生變化，但波源的頻率并沒有變化。（2）是否發(fā)生多普勒效應(yīng)取決于觀察者與波源是否存在相互靠近或相互遠(yuǎn)離。波速只取決于介質(zhì)，與是否發(fā)生多普勒效應(yīng)無關(guān)。（3）多普勒效應(yīng)是波共有的特征，機(jī)械波、電磁波或光波都會發(fā)生多普勒效應(yīng)。例2．如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動的情況下，某一時(shí)刻在介質(zhì)平面中的情形，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)C．C點(diǎn) D．D點(diǎn)(3)觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是()A．A點(diǎn) B．B點(diǎn)C．C點(diǎn) D．D點(diǎn)例3．(多選)下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)()A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運(yùn)動速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動情況D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去〖課堂檢測〗1.關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是()A.多普勒效應(yīng)是由波的干涉引起的 B.多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生變化C.多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對運(yùn)動 D.只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)2.當(dāng)火車進(jìn)站鳴笛時(shí)，我們在車站聽到的聲音的頻率和音調(diào)()A.變小，變高 B.不變，變高C.變大，變高 D.不知聲速和火車車速，不能判斷3.蝙蝠在洞穴中飛來飛去時(shí)，利用超聲脈沖導(dǎo)航。這種超聲脈沖是持續(xù)1ms或不到1ms的短促發(fā)射，且每秒重復(fù)發(fā)射幾次。假定蝙蝠的超聲脈沖發(fā)射頻率為39000Hz，在一次正朝著表面平直的墻壁飛撲的期間，下列判斷正確的是()A.墻壁接收到的超聲脈沖頻率等于39000HzB.蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于墻壁接收到的超聲脈沖頻率C.蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率大于墻壁接收到的超聲脈沖頻率D.蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率等于39000Hz4.（多選）下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法，正確的是()A.醫(yī)院檢查身體的“彩超”儀運(yùn)用了多普勒效應(yīng)原理B.不僅機(jī)械波，電磁波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)C.地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波發(fā)生“紅移”現(xiàn)象（各條譜線的波長均變長），可以判斷遙遠(yuǎn)天體正靠近地球D.靜止的觀察者聽到某個(gè)單一頻率聲源發(fā)出的聲音頻率越來越高，說明聲源正在遠(yuǎn)離觀察者

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗思考：〖答案〗（1）不能。坐在火車上的乘客會感受到汽笛聲的音調(diào)不發(fā)生變化，是因?yàn)槁曉聪鄬Τ丝褪庆o止的。（2）要使飛行員恰好聽不到爆炸聲，即飛行員正好一個(gè)聲波也接收不到，則他隨戰(zhàn)斗機(jī)運(yùn)動的速度應(yīng)與波前進(jìn)的速度相同，即戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)以340m/s的速度遠(yuǎn)離爆炸點(diǎn)飛行。情境1.〖答案〗（1）巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)的低，此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。因警車接收到的頻率低，由多普勒效應(yīng)知警車與轎車在相互遠(yuǎn)離，而警車車速恒定又在后面，可判斷出轎車車速比警車車速大，故該車超速。（2）若該車以20m/s的速度行進(jìn)，此時(shí)警車與轎車在相互靠近，由多普勒效應(yīng)知反射回的電磁波的頻率應(yīng)增大。〖典例精析〗例1．〖答案〗C〖解析〗根據(jù)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因，該圖表示波源正在向B點(diǎn)移動，故A錯(cuò)誤；當(dāng)波源向觀察者運(yùn)動時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源振動的頻率高；當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，觀察者接收到的波的頻率一定比波源振動的頻率低。故B、D錯(cuò)誤，C正確。例2．〖答案〗(1)D(2)A(3)B〖解析〗(1)該圖表示的是多普勒效應(yīng)，正確的選項(xiàng)為D。(2)從波長變化情況來看，波源正在移向A點(diǎn)。(3)由于波源遠(yuǎn)離B點(diǎn)，所以，觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是B點(diǎn)。例3．〖答案〗ABD〖解析〗凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)星體相對地球遠(yuǎn)離的速度，A正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)的計(jì)算公式可以求出運(yùn)動物體的速度，B正確；鐵路工人是根據(jù)振動的強(qiáng)弱而對列車的運(yùn)動作出判斷的，C錯(cuò)誤；炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對運(yùn)動方向有關(guān)，D正確?！颊n堂檢測〗1.〖答案〗C〖解析〗多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對運(yùn)動，觀察者感到頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.〖答案〗C〖解析〗火車進(jìn)站鳴笛時(shí)，聲源與觀察者距離減小，觀察者感受到的頻率變大，音調(diào)變高。3.〖答案〗C〖解析〗蝙蝠（波源）相對墻壁（觀察者）的距離減小，所以墻壁接收到的超聲脈沖頻率增大，A錯(cuò)誤；超聲脈沖被反射后頻率不變，但傳播方向和蝙蝠的運(yùn)動方向相反，蝙蝠接收到從墻壁反射回來的超聲脈沖頻率會更大，C正確