3-5多普勒效應(yīng)(人教版2019選擇性必修第一冊(cè))(解析版)

第三章機(jī)械波第5節(jié)多普勒效應(yīng)重點(diǎn)+難點(diǎn)核心素養(yǎng)解讀1.知道什么是多普勒效應(yīng)，理解多普勒效應(yīng)的形成原因.2.了解多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，會(huì)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象．1.物理觀念：多普勒效應(yīng)2.科學(xué)探究：多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，了解它們的工作原理知識(shí)點(diǎn)一多普勒效應(yīng)1．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(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象．2．多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)當(dāng)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀測(cè)到的頻率等于波源振動(dòng)的頻率．(2)當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加(選填“增加”或“減小”)，觀測(cè)到的頻率增加(選填“增加”或“減小”)；反之，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀測(cè)到的頻率減小(選填“增加”或“減小”)．知識(shí)點(diǎn)二多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．利用多普勒測(cè)速儀測(cè)速交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少，就能知道車輛的速度．2．利用超聲波測(cè)血流速度醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，測(cè)出被血管中的血流反射后的波的頻率變化，就可知道血流的速度．3．利用光波的頻率變化，計(jì)算星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度．易錯(cuò)易混點(diǎn)一多普勒效應(yīng)易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1對(duì)多普勒效應(yīng)認(rèn)識(shí)不清。例1．上課時(shí)老師將一蜂鳴器固定在教鞭一端，然后使蜂鳴器迅速水平旋轉(zhuǎn)，同學(xué)們聽到蜂鳴器音調(diào)竟然忽高忽低變化，下列判斷正確的是()A．旋轉(zhuǎn)時(shí)蜂鳴器發(fā)聲的頻率變化了B．由于旋轉(zhuǎn)，改變了同學(xué)們聽到的聲音頻率C．蜂鳴器音調(diào)變低時(shí)，一定是向?qū)W生的方向運(yùn)動(dòng)D．音調(diào)的忽高忽低是由波的干涉造成的【答案】B【解析】旋轉(zhuǎn)過程中，聲源(蜂鳴器)與同學(xué)們的距離有時(shí)近，有時(shí)遠(yuǎn)，發(fā)生多普勒效應(yīng)，D錯(cuò)誤；蜂鳴器發(fā)出聲波的頻率不變，只是同學(xué)們聽到的聲音頻率變化了，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)蜂鳴器遠(yuǎn)離學(xué)生時(shí)，聽到聲音的頻率變小即音調(diào)變低，C錯(cuò)誤．易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1剖析1．相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系相對(duì)位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對(duì)靜止，如圖所示f觀察者＝f波源音調(diào)不變波源S不動(dòng)，觀察者A運(yùn)動(dòng)，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f觀察者>f波源，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f觀察者<f波源，音調(diào)變低觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)動(dòng)，由S→S′，如圖所示f觀察者>f波源音調(diào)變高2.成因歸納(1)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(duì)運(yùn)動(dòng)，且兩者間距發(fā)生變化．(2)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率保持不變，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．易錯(cuò)易混點(diǎn)1.2對(duì)頻率增大和減小認(rèn)識(shí)不清。例2．頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運(yùn)動(dòng)．以u(píng)表示聲源的速度，v表示聲波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的頻率．若u增大，則()A．f增大，v增大 B．f增大，v不變C．f不變，v增大 D．f減小，v不變【答案】B【解析】由于聲波的速度只由介質(zhì)決定，故v不變，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)聲源接近接收器時(shí)接收到的頻率f增大，故B項(xiàng)正確．易錯(cuò)易混點(diǎn)1.2剖析1．多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不取決于波源和觀察者相距多遠(yuǎn)，而取決于波源和觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向2．波的傳播速度不因波源的移動(dòng)而改變．易錯(cuò)易混點(diǎn)二多普勒效應(yīng)的應(yīng)用易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1對(duì)多普勒效應(yīng)的應(yīng)用辨別不清例3．(多選)(2022·太原五中月考)關(guān)于多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，下列說法中正確的是()A．發(fā)現(xiàn)星系譜線的“紅移”現(xiàn)象B．利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運(yùn)動(dòng)方向C．利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度D．目前在技術(shù)上人們只能利用聲波發(fā)生的多普勒效應(yīng)【答案】ABC【解析】星系譜線的“紅移”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是多普勒效應(yīng)在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，選項(xiàng)A正確；利用多普勒效應(yīng)可以從火車的鳴笛聲中判斷其運(yùn)動(dòng)方向，這是多普勒效應(yīng)在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，選項(xiàng)B正確；利用多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)的天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，這是多普勒效應(yīng)在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，選項(xiàng)C正確；人們已可以利用電磁波的多普勒效應(yīng)進(jìn)行各種測(cè)量，故D錯(cuò)誤．易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1剖析多普勒效應(yīng)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用的主要方式是通過測(cè)速度來判斷研究對(duì)象的狀況．具體應(yīng)用如下：1．超聲波測(cè)速：發(fā)射裝置向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量反射波的頻率．根據(jù)反射波頻率的變化的多少可以知道車輛的速度．2．醫(yī)用“彩超”：向人體發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后被儀器接收．測(cè)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．3．可根據(jù)火車汽笛的音調(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．4．測(cè)星球速度：測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，可測(cè)得星球靠近或遠(yuǎn)離地球的速度．若星系遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)，接收到的光波的頻率變小，譜線就向頻率小的紅端移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為紅移現(xiàn)象．針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．在下列現(xiàn)象中，不能用多普勒效應(yīng)解釋的有（）A．雷雨天看到閃電后，稍過一會(huì)兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測(cè)器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C．觀察者聽到遠(yuǎn)去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會(huì)變低D．天文學(xué)上根據(jù)星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度【答案】A【解析】A．先看到后聽到雷聲是因?yàn)楣獾膫鞑ニ俣却笥诼曇魝鞑ニ俣?，A錯(cuò)誤；B．超聲波與血液中的血小板等細(xì)胞發(fā)生反射時(shí)，由于血小板等細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)會(huì)使得反射聲波的頻率發(fā)生變化，是多普勒效應(yīng)引起的。B正確；C．觀察者聽到遠(yuǎn)去的列車發(fā)出的汽笛聲，由于列車和人的位置相對(duì)變化了，所以聽得的聲音頻率發(fā)生了變化，使得音調(diào)會(huì)變低，是多普勒效應(yīng)引起的，C正確；D．測(cè)量星球上發(fā)出的光波頻率與地球上的同種元素靜止時(shí)發(fā)光頻率比較可以根據(jù)光的多普勒效應(yīng)判斷星球靠近或遠(yuǎn)離，D正確。不能用多普勒效應(yīng)解釋的，故選A。2．如圖甲所示，同一均勻介質(zhì)中的一條直線上有相距10米的兩質(zhì)點(diǎn)A、B、C為AB中點(diǎn)，從0時(shí)刻起，波源A、波源B同時(shí)開始振動(dòng)，且波源A發(fā)出的波只向右傳，波源B發(fā)出的波只向左傳，圖乙為A的振動(dòng)圖像，圖丙為B的振動(dòng)圖像，若A向右傳播的波與B向左傳播的波在0.5s時(shí)相遇，則下列說法正確的是（）A．兩列波的波長(zhǎng)均為2mB．兩列波在AB間傳播的速度大小均為5m/sC．在兩列波相遇的過程中，在時(shí)，C點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)D．在B的右邊有一觀察者向右運(yùn)動(dòng)，觀察者接收到的頻率大于5Hz【答案】C【解析】AB．波速由介質(zhì)決定，則兩波在同一均勻介質(zhì)中傳播波速相同，設(shè)為v，則有代入數(shù)據(jù)解得由圖知A的周期，則波長(zhǎng)為由圖知B的周期，則波長(zhǎng)為故AB錯(cuò)誤；C．A向右傳播的波與B向左傳播的波在0.5s時(shí)相遇，即在C點(diǎn)相遇，再經(jīng)過0.2s就到了t=0.7s時(shí)刻，由圖乙可知A波再經(jīng)過0.2s處于平衡位置向上振動(dòng)，由丙圖可知B波再經(jīng)0.2s處于平衡位置向上振動(dòng)，故此時(shí)C點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)，故C正確；D．由題可在，B的右邊只接收到波源A傳過去的波，A波的頻率為，當(dāng)在B的右邊有一觀察者向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，遠(yuǎn)離波源A，根據(jù)多普勒效應(yīng)，接收頻率小于波源頻率5Hz，故D錯(cuò)誤。故選C。3．火車上有一個(gè)聲源發(fā)出頻率一定的樂音，當(dāng)火車靜止、觀察者也靜止時(shí)，觀察者聽到并記住了這個(gè)樂音的音調(diào)。以下情況中，觀察者聽到這個(gè)樂音的音調(diào)（頻率）一定比原來升高的是（）A．觀察者靜止，火車離他駛?cè)．火車靜止，觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動(dòng)C．火車運(yùn)動(dòng)，觀察者乘汽車迎著火車運(yùn)動(dòng)D．火車運(yùn)動(dòng)，觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動(dòng)【答案】C【解析】根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)觀察者與聲源相對(duì)靠近時(shí)，觀察者接受到的頻率增大，當(dāng)觀察者與聲源相對(duì)遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接受到的頻率減小，觀察者與聲源相對(duì)靜止時(shí)，觀察者接受到的頻率與聲源的頻率相等，可知上述情景中只有火車運(yùn)動(dòng)，觀察者乘汽車迎著火車運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者相對(duì)靠近，此時(shí)觀察者聽到這個(gè)樂音的音調(diào)（頻率）一定比原來升高。故選C。4．如圖所示是產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)的情況，圖中的圓表示波峰。下列說法中錯(cuò)誤的是（）A．該圖表示的是多普勒現(xiàn)象B．此時(shí)波源正在向A觀測(cè)者靠近C．CD兩位觀測(cè)者此時(shí)接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率相等D．B觀測(cè)者此時(shí)接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率【答案】C【解析】A．該圖表示由波源移動(dòng)而引起的多普勒效應(yīng)，故A正確，不符合題意；B．由圖可知，觀測(cè)者A在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)最多，說明波源向A觀測(cè)者靠近，故B正確，不符合題意；C．波源與CD觀測(cè)者間的距離不斷增大，故接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故C錯(cuò)誤，符合題意；D．波源與觀測(cè)者B的距離不斷增大，故觀測(cè)者接收到的頻率小于波源發(fā)出的頻率，故D正確，不符合題意。故選C。5．分析下列所描述的四個(gè)物理現(xiàn)象：①聽到迎面而來越來越尖銳的汽笛聲；②夏天里一次閃電過后，有時(shí)會(huì)雷聲轟鳴不絕；③水塘中的水波能繞過障礙物繼續(xù)傳播；④圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音。這些現(xiàn)象分別是波的（）A．多普勒效應(yīng)、衍射現(xiàn)象、反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象B．干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、多普勒效應(yīng)、折射現(xiàn)象C．多普勒效應(yīng)、反射現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象D．多普勒效應(yīng)、反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象【答案】C【解析】①聽到迎面而來的尖銳汽笛聲，即汽車靠近時(shí)感覺音調(diào)升高，這是多普勒效應(yīng)造成的；

②夏天里一次閃電過后，有時(shí)會(huì)雷聲轟鳴不絕，是因?yàn)槁曇粼谠茖又g來回反射造成的；

③水塘中的水波能繞過障礙物繼續(xù)傳播，這是水波的衍射現(xiàn)象；

④圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音，是音叉發(fā)出兩個(gè)頻率相同的聲波相互疊加，出現(xiàn)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)，這是干涉現(xiàn)象，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選C。二、多選題6．如圖所示，小球P一邊貼著水面每秒振動(dòng)5次，一邊沿x軸正方向勻速移動(dòng)。x=0處是它的初始位置。圖示為恰經(jīng)10個(gè)周期時(shí)觀察到的水面波。則下列說法正確的是（）A．位于x軸正方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率大于5HzB．位于x軸負(fù)方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率大于5HzC．水面波的傳播速度是0.2m/s，小球勻速移動(dòng)的速度是0.1m/sD．水面波的傳播速度是0.4m/s，小球勻速移動(dòng)的速度是0.2m/s【答案】AC【解析】AB．小球每秒振動(dòng)5次，所以波的頻率為5Hz，小球沿x軸正方向勻速移動(dòng)，根據(jù)多普勒效應(yīng)規(guī)律可知，位于x軸正方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率大于5Hz，位于x軸負(fù)方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率小于5Hz，所以A正確；B錯(cuò)誤；CD．小球的振動(dòng)周期為小球振動(dòng)10個(gè)周期所用的時(shí)間為小球的速度為水面波的傳播速度為所以C正確；D錯(cuò)誤；故選AC。7．公路旁常有警察使用雷達(dá)測(cè)速儀來測(cè)定車輛的速度，以此來判斷車輛是否超速，測(cè)速儀可在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射兩束雷達(dá)波（速度為光的傳播速度），根據(jù)接收到反射回來的雷達(dá)波來測(cè)定汽車的速度。下列說法中正確的是（

）A．測(cè)出的速度實(shí)質(zhì)上是發(fā)射兩束雷達(dá)波時(shí)間內(nèi)的平均速度B．測(cè)出的速度實(shí)質(zhì)上就是車輛經(jīng)過的瞬時(shí)速度C．測(cè)速儀直接測(cè)出的物理量是時(shí)間差D．測(cè)速儀測(cè)出的速度可以認(rèn)為是車輛經(jīng)過時(shí)的瞬時(shí)速度【答案】ACD【解析】AB．因雷達(dá)測(cè)速儀發(fā)射兩束雷達(dá)波有一定的時(shí)間間隔，故實(shí)質(zhì)上是發(fā)射兩束雷達(dá)波時(shí)間內(nèi)的平均速度，故A正確，B錯(cuò)誤；C．測(cè)速儀直接測(cè)出的是接收到兩束雷達(dá)波的時(shí)間差，故C正確；D．測(cè)速儀測(cè)出的雖然是平均速度，但由于時(shí)間短，故可以認(rèn)為是車輛經(jīng)過時(shí)的瞬時(shí)速度，故D正確。故選ACD。8．關(guān)于波的特有現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．只有頻率相同的兩列波才有可能發(fā)生干涉B．干涉時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)始終處于最大位移處C．波遇到障礙物時(shí)，一定會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．醫(yī)生用“彩超”對(duì)病人身體的檢查是多普勒效應(yīng)的應(yīng)用【答案】AD【解析】A．由波的干涉定義可知，只有頻率相同的兩列波才有可能產(chǎn)生干涉，A正確；B．干涉時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)振幅最大，其位移隨時(shí)間做周期性變化，不會(huì)始終處于最大位移處，B錯(cuò)誤；C．波遇到障礙物時(shí)，只有障礙物的尺寸與波的波長(zhǎng)相差不多，或比波長(zhǎng)更小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；D．醫(yī)生用“彩超”對(duì)病人身體的檢查是多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，D正確。故選AD。9．下列各儀器的分析中正確的是（）A．偏光鏡是利用縱波偏振特性的儀器B．醫(yī)學(xué)上用的內(nèi)窺鏡用來檢查人體胃、腸、氣管等臟器的內(nèi)部，內(nèi)窺鏡的連線是用光導(dǎo)纖維制成的，利用了光的全反射原理C．照相機(jī)鏡頭呈淡紫色是光的衍射引起的D．雷達(dá)測(cè)速儀是利用波的多普勤效應(yīng)原理【答案】BD【解析】A．偏光鏡是利用橫波偏振特性的儀器，故A錯(cuò)誤；B．內(nèi)窺鏡的連線是用光導(dǎo)纖維制成的，利用了光的全反射原理，故B正確；C．照相機(jī)鏡頭呈淡紫色是光的薄膜干涉引起的，故C錯(cuò)；D．雷達(dá)測(cè)速主要是利用多普勒效應(yīng)原理:當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí),反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率;反之,當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí),反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)率.如此即可借由頻率的改變數(shù)值,計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度，故D正確。故選BD。10．蝙蝠在洞穴中飛來飛去時(shí)；它利用超聲脈沖導(dǎo)航非常有效，這種超聲脈沖的頻率高于20000Hz，能持續(xù)1ms或不到1ms的短促發(fā)射，且每秒重復(fù)發(fā)射數(shù)次。已知蝙蝠在一次正朝著表面平