高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应习题

第三章  机械波

5  多普勒效应

【基础巩固】

1.(多选)关于多普勒效应,下列说法正确的是 (    )

A.若波源向观察者靠近,则波源发出的波频率变小

B.若波源向观察者靠近,则观察者接收到的波频率变大

C.若观察者远离波源,则波源发出的波频率变小

D.若波源和观察者相互远离,则观察者接收到的波频率变小

解析:若波源向观察者靠近,则波源发出的波频率不变,观察者接收到的波频率会变大,选项A错误,选项B正确.若观察者远离波源,波源发出的波频率也不变,选项C错误.若波源和观察者相互远离,则观察者接收到的波频率变小,选项D正确.

答案:BD

2.观察者不动,波源迎面而来时 (    )

A.波源产生波的波长发生了改变

B.波源振动的频率发生了改变

C.观察者接收到波的频率发生了改变

D.波速发生了改变

解析:波源振动的频率、波速、波长都没有发生变化,仅是观察者接收到的波频率发生了变化,选项C正确.

答案:C

3.(多选)关于站在火车站台上的旅客听到的路过的火车鸣笛声的音调变化情况,下列说法正确的是              (    )

A.当火车进站时,鸣笛声的音调变低

B.当火车进站时,鸣笛声的音调变高

C.当火车离站时,鸣笛声的音调变低

D.当火车离站时,鸣笛声的音调变高

解析:音调由频率决定,频率大时音调高,频率小时音调低,火车进站时旅客接收到的波频率会变大,故音调变高,选项B正确;火车离站时,旅客接收到的波频率会变小,故音调会变低,选项C正确.

答案:BC

4.(多选)上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端后迅速水平旋转,蜂鸣器发出声音的音调竟然忽高忽低变化.下列判断正确的是(    )

A.旋转时蜂鸣器发出声音的频率变化了

B.由于旋转,改变了同学们听到的声音频率

C.蜂鸣器音调变高时,一定在向靠近观察者的方向运动

D.音调的忽高忽低是由波的干涉造成的

解析:由多普勒效应知蜂鸣器发出声音的频率并没有发生变化,只是同学们接收到的声音频率发生了变化,当二者靠近时,听到的声音音调变高,故选项A错误,选项B、C正确.当发生波的干涉时,频率不发生变化,故选项D错误.

答案:BC

5.有一测速雷达,发射的电磁波频率为f1,想用它来测量一迎面驶来的汽车的车速,设该雷达接收到的从汽车反射回来的反射波频率为f2,则(    )

A.f1>f2 B.f1=f2 C.f1<f2 D.无法确定

解析:因为迎面驶来的汽车与雷达间的距离不断减小,所以被车反射回来的电磁波的频率变大.

答案:C

6.(多选)我们骑自行车在公路旁向东走,一辆警车一边发出警报声,一边飞速地从东方迎面驶来又飞速向西方离去,这一过程中,我们听到的警报声的变化将是(    )

A.音调先变高后变低     B.音调先变低后变高

C.音调没有明显变化     D.频率先变高后变低

解析:由多普勒效应知,警车一边发出警报声,一边飞速地从东方迎面驶来,其与观察者的距离减小,观察者接收到的声音频率增大,音调升高;而当警车飞速向西方离去时,其与观察者的距离增大,观察者接收到的声音频率减小,音调降低.故选项A、D正确.

答案:AD

7.公路巡警开车在平直的高速公路上以恒定速度巡察,在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波,该电磁波被轿车反射回来时,巡警车接收到的电磁波频率比发出时高,试分析轿车和巡警车的速度大小关系.

解析:因为巡警车(观察者)接收到的电磁波频率比发出时高,由多普勒效应知巡警车与轿车在相互靠近,由巡警车车速恒定又在轿车后面,可判定轿车车速比巡警车车速小.

答案:轿车车速比巡警车车速小

【拓展提高】

8.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时,利用超声脉冲导航.这种超声脉冲持续1 ms或不到1 ms,且每秒重复发射几次.假定蝙蝠发出的超声脉冲频率为39 000 Hz,在它朝着表面平直的墙壁飞扑期间,下列判断正确的是              (    )

A.墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 Hz

B.蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收到的超声脉冲频率

C.蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收到的超声脉冲频率

D.蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz

解析:由于蝙蝠向墙壁靠近,墙壁接收到的超声脉冲频率大于39 000 Hz,蝙蝠接收到的从墙壁反射回来的超声脉冲的频率也大于墙壁接收到的超声脉冲频率.所以选项C正确.

答案:C

9.(多选)一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生的球面波的情况如图所示,则(    )

A.该波源正在靠近A点

B.该波源正在靠近B点

C.在A处接收到的波的频率变低

D.在B处接收到的波的频率变低

解析:对照题图,可确定波源由右向左移动,在靠近A点,远离B点;在A处接收到的波的频率变高,在B处接收到的波的频率变低.选项A、D正确.

答案:AD

10.(多选)把一个发声频率为f的声源拉到右侧A点由静止释放,让它来回摆动,C点是摆动到左侧的最高点,B点是摆动的最低点,如图所示.B点正下方有一个观察者.下列说法正确的是              ()

A.声源由A到B的过程中,接收到的声音频率先变大后变小,且都大于f

B.声源由A到B的过程中,接收到的声音频率先变小后变大,且都小于f

C.声源由B到C的过程中,接收到的声音频率先变大后变小,且都大于f

D.声源由B到C的过程中,接收到的声音频率先变小后变大,且都小于f

解析:在A、B、C三点时,因在A、C两点速度为0、在B点速度水平,故都没有指向观察者所在方向的速度分量,若此时选取非常短的时间,则这些位置与观察者之间的距离没有变化,所以接收到的声音频率都等于声源的振动频率f.从A到B过程中,声源到观察者的距离变小,所以接收到的声音频率高于声源的振动频率,且靠近观察者的分速度由0变大再减小为0,故接收到的声音频率先增大后减小,故选项A正确.从B到C过程中,声源到观察者的距离变大,所以接收到的声音频率都低于声源的振动频率,且远离观察者的分速度由0变大再减小为0,故接收到的声音频率先减小后增大,故选项D正确.

答案:AD

11.(多选)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s 的角速度沿一半径为 0.8 m的圆周(圆心为O点)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,如图所示,则观察者接收到的              (    )

A.声源在A点时发出声音的频率大于600 Hz

B.声源在B点时发出声音的频率等于600 Hz

C.声源在C点时发出声音的频率等于600 Hz

D.声源在D点时发出声音的频率小于600 Hz

解析:根据多普勒效应,当声源和观察者相互靠近时,观察者接收到的声音频率大于声源的振动频率,当声源和观察者相互远离时,观察者接收到的声音频率小于声源的振动频率,将声源运动至A、B、C、D四个点时相对于观察者的速度方向标出来,可得声源运动到A点时有靠近观察者的趋势,运动到C点时有远离观察者的趋势,声源在B、D两点的速度方向垂直于O点与观察者的连线,故选项A、B正确.

答案:AB

12.在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速v=200 m/s,已知t=0 时波刚好传播到x=40 m处,如图所示.在x=400 m 处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是              (    )

A.波源开始振动时方向沿y轴正方向

B.从t=0开始经0.15 s,x=40 m的质点运动的路程为0.6 m

C.接收器在t=2 s时才能接收到此波

D.若波源沿x轴正方向运动,则接收器接收到的波的频率可能为 9 Hz

解析:由题图知,x=40 m处的质点的起振方向向下,则波源的起振方向也向下(沿y轴负方向),选项A错误;由题图知λ=20 m,A=10 cm,T==0.1 s,而Δt1=

0.15 s=T,所以x=40 m的质点0.15 s运动的路程为s=×4A=6A=60 cm=0.6 m,选项B正确;波由x=40 m处传到x=400 m处所需时间Δt== s=1.8 s,选项C错误;当波源沿x轴正方向运动时,波源将靠近接收器,由多普勒效应知,接收器接收到的波频率将大于波源振动频率,而波源振动频率为f==10 Hz,选项D错误.

答案:B

13.如图所示,在公路的十字路口东侧路边,甲以速度v1向东行走,在路口北侧,乙站在路边,一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛,已知汽笛声的频率为f0,车速v2>v1.甲听到的汽笛声的频率为f1,乙听到的汽笛声的频率为f2,司机自己听到的汽笛声的频率为f3,此三人听到的汽笛声的频率由高到低的顺序为　　　　.  

解析:由于v2>v1,汽车和甲的相对距离减小,甲听到的汽笛声频率变大,即f1>f0;由于乙静止不动,汽车和乙的相对距离增大,乙听到的汽笛声频率变低,即 f2<f0;由于司机和汽车相对静止,司机听到的汽笛声频率不变,即f3=f0.综上所述,三人听到汽笛声的频率由高到低的顺序为f1>f3>f2.

答案:f1>f3>f2

14.一声源的发声频率为100 Hz,当观察者以10 m/s的速度向声源运动时,观察者感觉到的声音频率为多大?设声音在空气中传播速度为330 m/s.

解析:当观察者静止不动时,观察者在1 s内接收到的完全波数为100个,当观察者以10 m/s的速度向声源运动时,观察者在1 s内多接收到的完全波数为n=×100=3,观察者感觉到的声音频率为103 Hz.

答案:103 Hz

【挑战创新】

15.正在报警的警钟每隔0.5 s响一声.一个人正坐在以 60 km/h的速度向着警钟行驶的车中.已知声音在空气中的速度为330 m/s,则这个人在每分钟内能听到几次警钟声?

解析:设空气中的声速为v0.在时间T内钟声传播的距离s0=v0T(T为周期),而钟声在时间t内走的距离为s1=v0t;因而人不动时听到钟声的次数为n0===.如果人以v的速度向声源运动,那么声波在时间t内相对于人行进的距离为s2=(v0+v)t,此时人听到钟声的次数为n==·=126.

答案:126