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高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波6 多普勒效应导学案
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这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波6 多普勒效应导学案，共14页。
知识点 多普勒效应及其应用
1．定义：波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。
2．产生原因：(1)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)的数目增加，即观察到的频率变大。
(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小。
3．多普勒效应的应用
(1)测量汽车速度
交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
(2)测血液流速
向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。
体验 思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应。( × )
(2)火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者。( √ )
(3)只有声波才能发生多普勒效应。( × )
美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
(1)波源的频率由谁决定？
(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？
提示：(1)由波源决定。
(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
考点1 多普勒效应的理解
1．相对位置变化与频率的关系(规律)：
2.成因归纳：根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。
【典例1】 如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是( )
A．干涉现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
(2)波源正在移向( )
A．A点B．B点
C．C点D．D点
(3)观察到的波的频率最低的点是( )
A．A点B．B点
C．C点D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的现象分析，判断问题时必须先明确如下几点：①常见的波动现象有哪些？②怎样根据波形判断波源的移动方向？③波源的移动对观察到的波的频率有何影响？
[解析] (1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。
(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A正确。
(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到波的频率最低，即B正确。
[答案] (1)D (2)A (3)B
多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(波源与观察者)。
(2)确定波源与观察者两者间距是否发生变化，若有变化，能发生多普勒效应，否则不发生。
(3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
[跟进训练]
1．某人站在地面上某处，一架飞机由远而近从人的头顶上方匀速飞过，则人听到飞机发出声音的频率( )
A．越来越低B．越来越高
C．先变高后变低D．先变低后变高
A [当飞机飞近人时，将飞机的速度分解，如图甲所示，飞机相对于人的速度为v1＝vcs α，α越来越大，则v1越来越小，即人听到飞机声音的频率越来越低，但总是f听>f源。当飞机远离人时，将飞机的速度分解，如图乙所示，飞机相对于人的速度v3＝vcs α，α越来越小，则v3越来越大，即人听到飞机声音的频率越来越低，且都是f听f源；恰好在人头顶正上方时，f听＝f源；越过头顶正上方之后，f听]
甲 乙
考点2 多普勒效应的应用
1．多普勒效应测车速。
2．医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。
3．电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。
4．用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。
【典例2】 (多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率。下列说法正确的是( )
A．车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高
B．车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低
C．警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低
D．警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变
AB [车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，B正确，D错误。]
[跟进训练]
2．(多选)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．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度
BD [当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故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，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D正确。]
1．(多选)下列现象属于多普勒效应的是( )
A．远去的汽车声音越来越小
B．炮弹迎面飞来，声音刺耳
C．火车向你驶来时，音调变高；驶离你而去时，音调变低
D．大风中，远处人的说话声时强时弱
BC [A项和D项中所说的现象是能量传播的问题，不是多普勒效应。B、C两项所发生的现象是多普勒效应。]
2．关于多普勒效应，下列说法正确的是( )
A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
B．当声源静止、观察者也静止时，可以观察到多普勒效应
C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高
D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低
D [波源运动，观察者也运动，当二者运动的速度相等时，由于二者之间的相对位置保持不变，所以不能观察到多普勒效应，故A错误；当声源静止、观察者也静止时，波源自身的频率不会变化，观察者也观察不到多普勒效应，B错误；在波源与观察者靠近时，观察者接收到的波的频率变高，听到的音调变高，在波源与观察者远离时，观察者接收到的波的频率变低，听到的音调变低，故C错误，D正确。]
3．(多选)(2021·四川阆中市川绵外国语学校高二期中)根据多普勒效应，下列说法正确的是( )
A．当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定与波源发出的频率相同
B．当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
C．当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高
D．当波源与观察者背向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
CD [当波源和观察者间有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率可能不同；但若观测者绕波源做圆周运动，观察者接收到的频率一定和波源发出的频率相同，A错误；当波源和观察者同向运动时，由于两者间距不知如何变化，所以不能肯定接收频率比波源频率低，B错误；当波源和观察者相向运动时，两者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高，C正确；当波源和观察者背向运动时，两者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，D正确。故选C、D。]
4．(新情境题，以雷达测速为背景考查多普勒效应)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＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(2v车,c)))f发出，式中c为真空中的光速，若f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz。则被测车辆的速度大小为多少？
[解析] 将f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz
c＝3×108 m/s，代入f接收＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(2v车,c)))f发出
可得v车＝30 m/s。
[答案] 30 m/s
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．多普勒效应是一种什么现象？
提示：接收到的频率和实际发生的频率不同的现象。
2．多普勒效应是怎么引起的？
提示：是观察者和波源的相对位置变化引起的。
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫(G.Gamw)和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家W·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度)，得出了46 km/s的速度值。
1．多普勒效应是什么现象？
提示：当发生相对运动时，接收到波的频率发生改变的现象。
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
提示：没有。
课时分层作业(十五) 多普勒效应
1．(多选)关于多普勒效应，以下说法正确的有( )
A．只有机械波才能产生多普勒效应
B．机械波、电磁波、光波等均能产生多普勒效应
C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化
D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化
BD [多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应，产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，故B、D正确，A、C错误。]
2．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．旋转时蜂鸣器发声的频率发生了变化
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
B [旋转时蜂鸣器发声的频率没有发生变化，故A错误；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，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变了，故B正确，D错误，当蜂鸣器远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误。]
3．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( )
A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率
C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率
D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
C [蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离靠近，所以墙壁接收到的超声波频率增大，A错误；超声波被反射后频率不变，但传播方向和蝙蝠的运动方向相反，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声波时，频率会更大，故C正确，B、D错误。 ]
4．分析下列物理现象：①“闻其声而不见其人”；②学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；③当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高。这些物理现象分别属于波的( )
A．折射、干涉、多普勒效应
B．衍射、干涉、多普勒效应
C．折射、衍射、多普勒效应
D．衍射、多普勒效应、干涉
B [“闻其声而不见其人”是声波的衍射现象；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是声波的干涉现象；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高是多普勒效应，所以B正确。]
5．(多选)我国自主研发的“海翼”号深海滑翔机，刷新了下潜深度的世界纪录。悬停在深海中某处的滑翔机发出声呐信号(超声波)的频率为f，在该处海水中的传播速度为v，若停在海面上的监测船收到的频率稍大于滑翔机发出声呐信号的频率，则下列说法正确的是( )
A．声呐信号在该处海水中的波长为eq \f(f,v)
B．声呐信号在该处海水中的波长为eq \f(v,f)
C．滑翔机正在靠近该监测船
D．滑翔机正在远离该监测船
BC [根据波速定义：v＝fλ，λ＝eq \f(v,f)，A错，B对。根据多普勒效应，当滑翔机靠近监测船时，监测船接收到的频率大于滑翔机发出声呐信号的频率，C对，D错。]
6．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，v表示声波的速度(uA．f增大，v增大 B．f增大，v不变
C．f不变，v增大D．f减小，v不变
B [机械波在介质中的速度由介质决定，与波的频率、波源的速度无关，因此不论u如何变化，v都不变，声源向着接收器运动，接收器单位时间接收到的完全波的个数增加，波源的速度越大，单位时间接收到的完全波的个数越多，因此u增大时，f增大，B正确。]
7．如图所示，装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比( )
A．频率不变，波速变小
B．波速不变，频率变小
C．频率不变，波速变大
D．波速不变，频率变大
D [波速由介质决定，所以当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的超声波与测速监视器发出的超声波相比波速不变，根据波的多普勒效应，声源移向观察者时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变大，故D正确，A、B、C错误。]
8．轮船在进港途中x-t图像如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个( )
A B
C D
A [由x-t图像可知，轮船靠近港口时的速度v1＞v3＞v2，相对速度越大，多普勒效应越明显，故f1＞f3＞f2，A正确。]
9.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，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2>v1。甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为________。
[解析] 由于v2>v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1>f0。由于乙静止不动，汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变小，即f2[答案] f1、f3、f2
学习任务
1．知道什么是多普勒效应及其产生原因。
2．能根据相对运动理解多普勒效应。
3．了解多普勒效应在生活和科技中的应用。
相对位置
图示
结论
波源S和观察者A相对静止，如图所示
f波源＝f观察者，接收频率不变
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示
若靠近波源，由A→B，则f波源f观察者，接收频率变低
观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示
f波源＜f观察者，接收频率变高
知识点 多普勒效应及其应用
1．定义：波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。
2．产生原因：(1)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)的数目增加，即观察到的频率变大。
(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小。
3．多普勒效应的应用
(1)测量汽车速度
交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
(2)测血液流速
向人体内发射已知频率的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。
体验 思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定会发生多普勒效应。( × )
(2)火车的音调越来越高，说明火车正从远处靠近观察者。( √ )
(3)只有声波才能发生多普勒效应。( × )
美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。
(1)波源的频率由谁决定？
(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？
提示：(1)由波源决定。
(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。
考点1 多普勒效应的理解
1．相对位置变化与频率的关系(规律)：
2.成因归纳：根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。
【典例1】 如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是( )
A．干涉现象
B．衍射现象
C．反射现象
D．多普勒效应
(2)波源正在移向( )
A．A点B．B点
C．C点D．D点
(3)观察到的波的频率最低的点是( )
A．A点B．B点
C．C点D．D点
思路点拨：本题主要是对多普勒效应的现象分析，判断问题时必须先明确如下几点：①常见的波动现象有哪些？②怎样根据波形判断波源的移动方向？③波源的移动对观察到的波的频率有何影响？
[解析] (1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。
(2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A正确。
(3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到波的频率最低，即B正确。
[答案] (1)D (2)A (3)B
多普勒效应的判断方法
(1)确定研究对象(波源与观察者)。
(2)确定波源与观察者两者间距是否发生变化，若有变化，能发生多普勒效应，否则不发生。
(3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变。
[跟进训练]
1．某人站在地面上某处，一架飞机由远而近从人的头顶上方匀速飞过，则人听到飞机发出声音的频率( )
A．越来越低B．越来越高
C．先变高后变低D．先变低后变高
A [当飞机飞近人时，将飞机的速度分解，如图甲所示，飞机相对于人的速度为v1＝vcs α，α越来越大，则v1越来越小，即人听到飞机声音的频率越来越低，但总是f听>f源。当飞机远离人时，将飞机的速度分解，如图乙所示，飞机相对于人的速度v3＝vcs α，α越来越小，则v3越来越大，即人听到飞机声音的频率越来越低，且都是f听
甲 乙
考点2 多普勒效应的应用
1．多普勒效应测车速。
2．医用彩色超声波测定心脏跳动，了解血管血流等情况。
3．电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。
4．用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。
【典例2】 (多选)警车向路上的车辆发射频率已知的超声波，同时探测反射波的频率。下列说法正确的是( )
A．车辆匀速驶向停在路边的警车，警车探测到的反射波频率增高
B．车辆匀速驶离停在路边的警车，警车探测到的反射波频率降低
C．警车匀速驶向停在路边的汽车，探测到的反射波频率降低
D．警车匀速驶离停在路边的汽车，探测到的反射波频率不变
AB [车辆(警车)匀速驶向停在路边的警车(车辆)，两者间距变小，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率增高，A正确，C错误；车辆(警车)匀速驶离停在路边的警车(车辆)，两者间距变大，产生多普勒效应，警车探测到的反射波频率降低，B正确，D错误。]
[跟进训练]
2．(多选)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．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度
BD [当观察者与测量对象无相对运动时，不发生多普勒效应，故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，我们可以根据接收频率的变化来测速，故B、D正确。]
1．(多选)下列现象属于多普勒效应的是( )
A．远去的汽车声音越来越小
B．炮弹迎面飞来，声音刺耳
C．火车向你驶来时，音调变高；驶离你而去时，音调变低
D．大风中，远处人的说话声时强时弱
BC [A项和D项中所说的现象是能量传播的问题，不是多普勒效应。B、C两项所发生的现象是多普勒效应。]
2．关于多普勒效应，下列说法正确的是( )
A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
B．当声源静止、观察者也静止时，可以观察到多普勒效应
C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高
D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低
D [波源运动，观察者也运动，当二者运动的速度相等时，由于二者之间的相对位置保持不变，所以不能观察到多普勒效应，故A错误；当声源静止、观察者也静止时，波源自身的频率不会变化，观察者也观察不到多普勒效应，B错误；在波源与观察者靠近时，观察者接收到的波的频率变高，听到的音调变高，在波源与观察者远离时，观察者接收到的波的频率变低，听到的音调变低，故C错误，D正确。]
3．(多选)(2021·四川阆中市川绵外国语学校高二期中)根据多普勒效应，下列说法正确的是( )
A．当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定与波源发出的频率相同
B．当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
C．当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高
D．当波源与观察者背向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低
CD [当波源和观察者间有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率可能不同；但若观测者绕波源做圆周运动，观察者接收到的频率一定和波源发出的频率相同，A错误；当波源和观察者同向运动时，由于两者间距不知如何变化，所以不能肯定接收频率比波源频率低，B错误；当波源和观察者相向运动时，两者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高，C正确；当波源和观察者背向运动时，两者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，D正确。故选C、D。]
4．(新情境题，以雷达测速为背景考查多普勒效应)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＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(2v车,c)))f发出，式中c为真空中的光速，若f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz。则被测车辆的速度大小为多少？
[解析] 将f发出＝2×109 Hz，f接收－f发出＝400 Hz
c＝3×108 m/s，代入f接收＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(2v车,c)))f发出
可得v车＝30 m/s。
[答案] 30 m/s
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．多普勒效应是一种什么现象？
提示：接收到的频率和实际发生的频率不同的现象。
2．多普勒效应是怎么引起的？
提示：是观察者和波源的相对位置变化引起的。
宇宙学中的多普勒效应
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫(G.Gamw)和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。
具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家W·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度)，得出了46 km/s的速度值。
1．多普勒效应是什么现象？
提示：当发生相对运动时，接收到波的频率发生改变的现象。
2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？
提示：没有。
课时分层作业(十五) 多普勒效应
1．(多选)关于多普勒效应，以下说法正确的有( )
A．只有机械波才能产生多普勒效应
B．机械波、电磁波、光波等均能产生多普勒效应
C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化
D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化
BD [多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应，产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，故B、D正确，A、C错误。]
2．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．旋转时蜂鸣器发声的频率发生了变化
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
B [旋转时蜂鸣器发声的频率没有发生变化，故A错误；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，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变了，故B正确，D错误，当蜂鸣器远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误。]
3．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( )
A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率
C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率
D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
C [蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离靠近，所以墙壁接收到的超声波频率增大，A错误；超声波被反射后频率不变，但传播方向和蝙蝠的运动方向相反，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声波时，频率会更大，故C正确，B、D错误。 ]
4．分析下列物理现象：①“闻其声而不见其人”；②学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；③当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高。这些物理现象分别属于波的( )
A．折射、干涉、多普勒效应
B．衍射、干涉、多普勒效应
C．折射、衍射、多普勒效应
D．衍射、多普勒效应、干涉
B [“闻其声而不见其人”是声波的衍射现象；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是声波的干涉现象；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高是多普勒效应，所以B正确。]
5．(多选)我国自主研发的“海翼”号深海滑翔机，刷新了下潜深度的世界纪录。悬停在深海中某处的滑翔机发出声呐信号(超声波)的频率为f，在该处海水中的传播速度为v，若停在海面上的监测船收到的频率稍大于滑翔机发出声呐信号的频率，则下列说法正确的是( )
A．声呐信号在该处海水中的波长为eq \f(f,v)
B．声呐信号在该处海水中的波长为eq \f(v,f)
C．滑翔机正在靠近该监测船
D．滑翔机正在远离该监测船
BC [根据波速定义：v＝fλ，λ＝eq \f(v,f)，A错，B对。根据多普勒效应，当滑翔机靠近监测船时，监测船接收到的频率大于滑翔机发出声呐信号的频率，C对，D错。]
6．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u
C．f不变，v增大D．f减小，v不变
B [机械波在介质中的速度由介质决定，与波的频率、波源的速度无关，因此不论u如何变化，v都不变，声源向着接收器运动，接收器单位时间接收到的完全波的个数增加，波源的速度越大，单位时间接收到的完全波的个数越多，因此u增大时，f增大，B正确。]
7．如图所示，装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波。当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比( )
A．频率不变，波速变小
B．波速不变，频率变小
C．频率不变，波速变大
D．波速不变，频率变大
D [波速由介质决定，所以当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的超声波与测速监视器发出的超声波相比波速不变，根据波的多普勒效应，声源移向观察者时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变大，故D正确，A、B、C错误。]
8．轮船在进港途中x-t图像如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个( )
A B
C D
A [由x-t图像可知，轮船靠近港口时的速度v1＞v3＞v2，相对速度越大，多普勒效应越明显，故f1＞f3＞f2，A正确。]
9.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，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2>v1。甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为________。
[解析] 由于v2>v1，所以汽车和甲的相对距离减小，甲听到的频率变大，即f1>f0。由于乙静止不动，汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变小，即f2
学习任务
1．知道什么是多普勒效应及其产生原因。
2．能根据相对运动理解多普勒效应。
3．了解多普勒效应在生活和科技中的应用。
相对位置
图示
结论
波源S和观察者A相对静止，如图所示
f波源＝f观察者，接收频率不变
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示
若靠近波源，由A→B，则f波源
观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示
f波源＜f观察者，接收频率变高
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