高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应导学案

3.5多普勒效应

1、了解多普勒效应的现象；

2、理解多普勒效应产生的原因；

3、了解多普勒效应的应用。

【重点】理解多普勒效应现象的产生原因。

【难点】波源与观察者发生相对运动时，观察者接收到的频率变化的分析。

【课前自主学习】

一、知识前置

多普勒效应

1．多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的             都会发生变化的现象．

2．波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是         的，观察者接收到的频率         波源振动的频率．

3．当波源与观察者相互靠近时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目         ，接收到的频率         ；反之，当波源与观察者互相远离时，接收到的频率        

多普勒效应的应用

1．测车辆速度：交警向行进中的车辆发射           的超声波，同时测量         的频率，根据反射波频率

                就能知道车辆的速度．

2．测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的        

然后与地球上这些元素         时发光的频率对照，可得星球的速度．

3．测血流速度：向人体内发射           的超声波，超声波被血管中的血流         后又被仪器接收，测出反射波的             ，就可得血流速度．

二、新知学习

1.想一想：

蜂鸣器音调的变化

将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动（图 ），在几米之外听它的声音有什么变化。

一、研究多普勒效应

多普勒效应产生的原因

(1)波源与观察者相互靠近时，__________。

(2)波源与观察者相互远离时，__________。

声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此______________________________，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即______________________________．

课内探究对多普勒效应的理解：

当波源与观察者相对静止时，1 s 内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观测到的频率等于__________；当波源与观察者相互接近时，1 s 内通过观察者的__________增加，观测到的__________；

反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率__________；

多普勒效应分析：

1.波源和观察者相对静止时，观察者接收频率与波源发出频率的关系？

2.波源和观察者相对运动时？

（1）相互靠近时？

（2）相互远离时？

结论：______________________________

注意：（1）______________________________

（2）______________________________

固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动时拍得一幅如图所示的照片，显示出此时波的图样。由照片是否可知，振动片正在向图中哪个方向移动？单位时间内是水波槽左边接收完全波个数多还是右边接收完全波个数多？

二、研究多普勒效应的应用：

举例一些你生活中的多普勒的应用：1）__________。2）__________。3）__________。4）__________。

5）__________。

1．(多选)如图所示，a为静止不动的声源，发出声波；b为接收者，接收a发出的声波．若b沿着ab连线向a匀速运动，则在这一过程中(　　)

A．b接收到的声音频率比a发出的声音频率大

B．b离a越近，接收到的声音频率越大

C．b离a越远，接收到的声音频率越小

D．b接收到的声音频率与远近无关

2．(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应(　　)

A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度

B．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理

C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况

D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去

3.（单选）关于多普勒效应，下列说法中正确的是(　　)

A．发生多普勒效应时，波源频率发生了变化

B．要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化

C．火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高

D．只有声波才能发生多普勒效应

4．（单选）观察者不动，波源迎面而来时(　　)

A．波源的波长发生了改变

B．波源的频率发生了改变

C．观察者接收到波的频率发生了改变

D．波速发生了改变

5.火车以20 m/s的速度向一静止观察者驶近，机车鸣笛2 s之久，声速为340 m/s，问：

(1)观察者听到的汽笛声持续多久？

(2)如果火车以同样的速度从观察者身边驶过，则观察者前后听到的声音的频率之比是多少？

参考答案

1.   【答案】AD

【解析】相向运动接收频率增大，只要声源与观察者存在相对运动，观察者接收到的频率就发生变化，与远近无关．

2.【答案】ABD

【解析】　凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可测定遥远星体相对地球远离的速度，故A选项正确．被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项正确．对于C选项，铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动情况做出判断的，故不正确．炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故D选项正确．

3.【答案】B

【解析】发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两者间距发生变化才造成听起来频率变化，故A错误，B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高．当波源和观察者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，故C错误；所有波都能发生多普勒效应，故D错误．

4.【答案】C

【解析】波源的频率、波速、波长都没有发生变化，仅是接收到的频率发生了变化，即单位时间内接收到波的个数发生了变化．

5.【答案】　(1)1.882 s　(2)98

【解析】(1)观察者相对介质静止，波源以速度v向观察者运动，声波相对介质的传播速度不变仍为u，t时间内产生波的总长度L＝(u－v)t，所以经过观察者的时间为t′＝t＝×2 s≈1.882 s.

(2)火车向观察者驶近时，观察者听到的频率为f1＝f0，火车从观察者身边远离时，听到的频率为f2＝f0，所以＝＝＝98.