高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应课时训练

5　多普勒效应

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.有经验的铁路养护人员可以根据火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向,他所利用的应是(　　)

A.声波的干涉现象

B.声波的衍射现象

C.声波的多普勒效应

D.声波的反射现象

答案C

解析根据多普勒效应的现象,当火车靠近铁路养护人员时,他听到的声音音调变高;当火车远离铁路养护人员时,他听到的声音音调变低。

2.a为声源,发出声波,b为接收者,接收a发出的声波。若a、b沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声速)。以下说法正确的是(　　)

A.若a、b相互靠近,则b收到的声频一定比a发出的低

B.若a、b向同一方向运动,则b收到的声频一定比a发出的低

C.若a、b向同一方向运动,则b收到的声频一定比a发出的高

D.若a静止,b向a运动,则b收到的声频一定比a发出的高

答案D

解析b收到的声频的高低关键是看声源a与接收者b之间的距离变化,若a、b远离则声频变低,若a、b靠近则声频变高,故选项A错误,D正确。当a、b向同一方向运动时,两者之间的距离可变大、可变小、可不变,故b收到的声频与a发出的频率关系不确定,故选项B、C错误。

3.上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端,然后使蜂鸣器迅速水平旋转,蜂鸣器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,一定是向远离观察者的方向运动

D.音调的忽高忽低是由波的干涉造成的

答案B

解析旋转过程中,声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近,有时远,发生多普勒效应,选项D错误;蜂鸣器发出声波的频率不变,只是同学们听到的声音频率变化了,选项A错误,B正确;当蜂鸣器远离观察者时,听到声音的频率变小,即音调变低,选项C错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时,它利用超声脉冲导航,这种超声脉冲的频率高于20 000 Hz,能持续1 ms或不到1 ms,且每秒重复发射数次。已知蝙蝠在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑捕食的过程中,发出的超声波频率为35 000 Hz,下列说法正确的是(　　)

A.蝙蝠发出的超声波属于电磁波

B.结合上图可知超声波频率比微波频率要高

C.超声波反射前后波速大小相等

D.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于蝙蝠发出的频率

答案CD

解析蝙蝠发出的超声波属于机械波,故选项A错误;超声波频率为35000Hz,结合题图可知微波频率ν=Hz=3×106Hz,超声波频率比微波频率要低,故选项B错误;机械波的波速由介质决定,超声波反射前后波速大小相等,故选项C正确;根据多普勒效应可知,蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于蝙蝠发出的频率,故选项D正确。

5.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,则波源发出的频率变小

B.若波源向观察者靠近,则观察者接收到的频率变大

C.若观察者远离波源,则波源发出的频率变小

D.若波源和观察者相互接近,则观察者接收到的频率变大

答案BD

解析若波源向观察者靠近,则波源发出的频率不变,观察者接收到的频率会变大,选项A错误,B正确。若观察者远离波源,波源发出的频率也不变,选项C错误。若波源和观察者相互接近,则观察者接收到的频率变大,选项D正确。

6.下列选项与多普勒效应有关的是(　　)

A.科学家用激光测量月球与地球间的距离

B.医生利用超声波探测病人血管中血液的流速

C.技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡

D.交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度

答案BD

解析当观察者与测量对象无相对运动时,不发生多普勒效应,选项A、C错误;当观察者与测量对象相对运动时,发生多普勒效应,根据接收频率的变化可以进行测速,选项B、D正确。

7.如图所示,男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐在秋千上来回摆动,下列关于女同学的感受的说法正确的是              (　　)

A.女同学从A向B运动过程中,她感觉哨声音调变高

B.女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高

C.女同学在C点向右运动时,她感觉哨声音调不变

D.女同学在C点向左运动时,她感觉哨声音调变低

答案AD

解析女同学荡秋千的过程中,只要她有向右的速度,她就有靠近声源的趋势,根据多普勒效应,她会感到哨声音调变高;反之,女同学向左运动时,她感到音调变低。选项A、D正确,B、C错误。

三、非选择题

8.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声警钟?

答案126

解析先设空气中声速为v0,在时间T内传播的距离s0=v0T(T为报警周期)

如果人以v的速度向声源运动,则声波在时间t内相对于人行进的距离为s2=(v0+v)t

人听到的钟声次数为n==126。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比(　　)

A.波速变大 B.波速不变

C.频率变低 D.频率不变

答案B

解析波速由介质决定,所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比波速不变,选项A错误,B正确;渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,根据声音的多普勒效应,声源移向观察者时接收频率变高,所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高,选项C、D错误。

2.汽车无人驾驶技术已逐渐成熟,最常用的是ACC自适应巡航控制,它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。汽车使用的传感器主要是毫米波雷达,该雷达会发射和接收调制过的无线电波,再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f,接收到的回波的频率为f',则(　　)

A.当f'=f时,表明前车一定做匀速直线运动

B.当f'=f时,表明前车一定处于静止状态

C.当f'>f时,表明前车正在减速行驶

D.当f'<f时,表明前车正在减速行驶

答案C

解析当声源和观察者之间的距离不变化时,观察者接收到的频率和声源发出的频率相等,故当f=f'时,说明二者之间的距离不变,表明前车与无人车速度相同,但不一定做匀速直线运动,也不一定静止,故选项A、B错误;当f'>f时,说明接收到的频率增大,说明两车距离减小,表明前车在减速行驶,故选项C正确;当f'<f时,说明接收到的频率减小,说明两车距离增大,表明前车在加速行驶,故选项D错误。

3.由于行星自身不发光,所以我们很难直接在其他恒星周围找到可能存在的系外行星,天文学家通常都采用间接的方法来侦测太阳系外的行星,视向速度法是目前为止发现最多系外行星的方法。行星自身的质量使得行星和恒星围绕着它们共同的质量中心在转动,在地球上用望远镜就有可能看到行星引力对于恒星的影响。在视线方向上,恒星受行星引力作用,时而远离时而靠近我们,这种细微的摇摆表现在光谱上,就会造成恒星光谱不断地红移和蓝移。我们称这种探测系外行星的方法为视向速度法。结合以上信息,下列说法正确的是(　　)

A.在绕着共同的质量中心转动的恒星和行星组成的双星系统中,恒星和行星做圆周运动的线速度大小一定相等

B.在绕着共同的质量中心转动的恒星和行星组成的双星系统中,由于恒星质量大,转动半径小,所以恒星做圆周运动的周期比行星的周期小

C.若某恒星在靠近我们,该恒星发出光的频率将变高,因此接收到的频率就会变高,即恒星光谱会出现蓝移

D.若某恒星在远离我们,该恒星发出光的频率不变,但我们接收到的频率会比它发出时的频率低,即恒星光谱会出现红移

答案D

解析双星间的万有引力提供它们各自圆周运动的向心力,则恒星和行星做圆周运动的角速度大小相等,周期相同,则G=m1ω2r1,G=m2ω2r2,可得,由于恒星与行星质量不同,则轨道半径不同,由公式v=ωr可知,恒星和行星做圆周运动的线速度大小不同,故选项A、B错误;根据多普勒效应可知,若某恒星在靠近我们,该恒星发出光的频率不变,但我们接收到的频率会比它发出时的频率高,即恒星光谱会出现蓝移,故选项C错误;根据多普勒效应可知,若某恒星在远离我们,该恒星发出光的频率不变,但我们接收到的频率会比它发出时的频率低,即恒星光谱会出现红移,故选项D正确。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.下图表示产生机械波的波源P做匀速运动的情况,图中圆表示波峰,已知波源的频率为f0,则下列说法正确的是              (　　)

A.观察者在图中A点接收波的频率是定值,但大于f0

B.观察者在图中A点接收波的频率是定值,但小于f0

C.观察者在图中B点接收波的频率是定值,但大于f0

D.观察者在图中B点接收波的频率是定值,但小于f0

答案BC

解析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,故其频率小于f0;当波源和观察者间距变小时,观察者接收到的频率一定比波源频率高,故其频率大于f0。故选项A、D错误,B、C正确。

三、非选择题

5.在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播,波速v=50 m/s。为了接收信号,在x=400 m处设有一接收器(图中未标出)。已知t=0时,波的波形图如图所示(波刚好传播到x=40 m处的A点),则在t=0.9 s时A点已运动的路程为　　　　　 cm;接收器在t=　　　　　 s时才能接收到此波;若波源向x轴负方向移动,则接收器接收到的波的频率将　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)波源的频率。 

答案36　7.2　小于

解析由题图可知,波的波长λ=20m,波的周期T==0.4s,因为t=0.9s=2T,A点已运动的路程为s=36cm。接收的时间t=s=7.2s。根据多普勒效应可知,若波源向x轴负方向移动,则接收器接收到的波的频率将小于波源的频率。

6.生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆,这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现,无线电波也具有这种效应。图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波,并接收被车辆反射的无线电波。由于车辆的运动,接收的无线电波频率与发出时不同,利用频率差(f接收-f发出)就能计算出车辆的速度。已知发出和接收的频率间关系为f接收=f发出,式中c是真空中的光速,若f发出=2×109 Hz,f接收-f发出=400 Hz,可知被测车辆的速度大小为　　　　 m/s。 

答案30

解析由题给出的信息可知f接收=f发出,f接收-f发出=400Hz,代入数据可得2×109Hz+400Hz=×2×109Hz,解得v车=30m/s。

7.以速度v0=20 m/s奔驰的火车,鸣笛声频率为275 Hz,已知常温下空气中的声速v=340 m/s。

(1)当火车驶来时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少?

(2)当火车驶去时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少?

答案(1)292 Hz　(2)260 Hz

解析(1)f'=·f=×275Hz=292Hz。

(2)f″=·f=×275Hz=260Hz。