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高中物理5 多普勒效应学案
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这是一份高中物理5 多普勒效应学案，文件包含人教版2019选择性必修第一册新教材同步第三章5多普勒效应--教师版docx、人教版2019选择性必修第一册新教材同步第三章5多普勒效应--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共24页， 欢迎下载使用。
物理观念：
1.了解多普勒效应.
2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理.
3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象.
科学思维：
1.能运用多普勒效应解释一些物理现象.
2.能用惠更斯原理解释反射、折射现象.
科学探究：
1.进行演示实验“蜂鸣器音调的变化”，让学生实际感受一下音调随波源与观察者距离的变化而发生的变化.
科学态度与责任：
1.在实验过程中很好地保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点.
一、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，接收到的波的频率都会发生变化的现象.
2.多普勒效应产生的原因
(1)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，观察到的频率等于波源振动的频率.
(2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(填“增加”或“减小”)，观察到的频率增加(填“增加”或“减小”)；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率减小(填“增加”或“减小”).
3.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(彩超):医生向人体内发射频率已知的超声波,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。
(3)测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
1.判断下列说法的正误.
(1)发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化.( × )
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.( × )
(3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化.( × )
2.如图1表示产生机械波的波源S做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰.该图表示________现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是________、________.
图1
答案 多普勒效应 A B
一、多普勒效应
警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？
答案 (1)警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低.(2)实际上警笛的音调不会变化.(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化.
多普勒效应产生的原因分析
1.多普勒效应是指观察者所接收到的波的频率与波源频率不同的现象,并不是接收到的波的强度发生变化的现象。
2.发生多普勒效应时,波源的频率并没有变化,是接收者接收到的频率(单位时间内接收到的完整波的个数)发生变化(大于或小于波源频率)。
3.多普勒效应的产生不是取决于波源与观察者之间的距离大小,而是取决于二者间距离是否变化。
4.相对位置变化与频率的关系(规律)
5.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，且两者间距发生变化.
例1 新型列车动车组速度可达487.3 km/h,与该车汽笛声的音调相比。
(1)站在车运动前方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。站在车运动后方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样?此时列车汽笛声的音调变化了吗?
(3)坐在该新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样?
答案 (1)偏高 偏低 (2)偏高 不变 (3)不变
解析 (1)站在车运动前方的观察者与列车在靠近,因此听起来音调偏高;站在车运动后方的观察者与列车在远离,因此听起来音调偏低。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调偏高;此时列车汽笛声的音调不变。
(3)坐在新型列车动车组上的乘客与该列车的相对位置不变,故听起来音调不变。
观察者听到的音调的高、低取决于他接收到的声波频率的大小。在声源发声频率不变的情况下,观察者接收到的频率的变化情况取决于两者之间的距离是否变化。
针对训练1 在下列现象中,不能用多普勒效应解释的是( )
A.医生用超声波检查血流情况的“彩超”
B.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低
C.测量星球上某种元素发出的光波频率与地球上的同种元素静止时的发光频率比较判断星球的靠近或远离
D.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声
答案 D
解析 彩超是利用声波的多普勒效应,故A不符合题意;远去的列车发出的声音,由于多普勒效应音调变低,故B不符合题意;测量星球上某种元素发出的光波频率与地球上的同种元素静止时的发光频率可以根据多普勒效应判断星球靠近或远离,故C不符合题意;先看到闪电后听到雷声是因为光的传播速度大于声音的传播速度,故D符合题意。
1.(多普勒效应的应用)下列应用中没有应用多普勒效应的是( )
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.交通警察向进行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.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况
D.有经验的战士从炮弹飞行的声音判断飞行炮弹是接近还是远去
答案 C
解析 铁路工人将耳朵贴在铁轨上来判断火车的运动情况,是利用声音在铁轨中的传播速度大于在空气中的传播速度这一规律,故选项C没有应用多普勒效应。
2.(多普勒效应的规律)以下关于多普勒效应的说法正确的是( )
A.产生多普勒效应时,波源的振动频率发生变化
B.产生多普勒效应时,波源的振动频率并没有发生变化
C.多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化
D.人与波源有相对运动时,接收到的频率一定发生变化
答案 B
解析 当观察者与波源有相对运动(接近或远离)时,观察者测得的频率有变化,但波源的频率不变。尽管观察者与波源有相对运动,但只要两者距离不变,此时就不会出现多普勒效应。
3.(多普勒效应的现象)上课时老师将一蜂鸣器固定在长竹竿的一端,然后使蜂鸣器快速水平旋转,蜂鸣器音调变得忽高忽低。下列说法正确的是 ( )
A.旋转时蜂鸣器发声的频率变化了
B.旋转蜂鸣器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 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化了,故A错误,B正确;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,音调变高时,是向着靠近观察者的方向运动,故C、D错误。
专题一 对多普勒效应的理解
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.机械波和电磁波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
答案 BD
解析 多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A错误，B正确。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D正确，C错误。
2.当波源远离观测者时，观测者所接收到的频率f'和波源振动的频率f的关系为 ( )
A.f'=f B.f'f D.无法确定
答案 B
解析 波源远离观测者的过程中，观测者接收到的波的频率比波源振动的频率小，即f'3.平直公路上，汽车正在匀速远离，用多普勒测速仪向其发出频率为f0的超声波，能正确反映被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化情况的图像是 ( )
答案 D
解析 汽车正在匀速远离，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的。由于是远离，故接收到的反射波的频率应该小于发出的波的频率，故选D。
4.a为声源，发出声波。b为接收者，接收a发出的声波。若a、b在沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声速)，以下说法中正确的是 ( )
A.若a、b相互靠近，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低
B.若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低
C.若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高
D.若a静止，b向a运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高
答案 D
解析 判断b接收到的声波的频率与声源频率的高低关系，关键是看声源a与接收者b之间的距离如何变化，若远离，则b接收到的声波的频率比a发出的低，若靠近，则b接收到的声波的频率比a发出的高，故A错，D对。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接收到的声波的频率与a发出的声波的频率的关系不确定，故B、C错。
专题二 多普勒效应的应用
5.(多选)下列哪些现象属于多普勒效应 ( )
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，远离你而去时，音调变低
D.大风中，远处的人说话的声音时强时弱
答案 BC
解析 声波音调的高低由其频率决定，据多普勒效应，当声源与观察者发生相对运动时，观察者听到的音调会变化，B、C符合题意；声音的强弱由声波的能量决定，声源越近，声波能量越大，听起来越响亮，但音调不一定变化，A、D项不属于多普勒效应，故选择B、C。
6.(多选)如图所示，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是 ( )
A.振针在向右移动
B.振针在向左移动
C.在A处的观察者，接收到的水波频率变小
D.在A处的观察者，接收到的水波频率变大
答案 AC
解析 振针前进方向上的水波变得密集，在其移动反方向的水波变得稀疏，因此振针在向右移动；波源远离观察者时，观察者接收到的频率变小，故A、C正确。
7.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效。这种超声脉冲的频率高于20 000 Hz，能持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射数次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，下列说法正确的是 ( )
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的频率
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
答案 C
解析 由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的超声脉冲频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到的墙反射的超声脉冲频率大于墙接收的超声脉冲频率，故选C。
8.(2024湖北武汉高二月考)上课时老师将一蜂鸣器固定在直杆一端,然后使蜂鸣器迅速水平旋转,同学们听到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.蜂鸣器音调变低时,一定是向学生的方向运动
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)与同学们的距离有时近,有时远,发生多普勒效应,故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,故A错误,B正确;当蜂鸣器远离学生时,听到声音的频率变小,即音调变低,故C错误。
9.(多选)(2024河南许昌高二月考)如图所示,将上下振动的振针水平移动,移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形,下列说法正确的是( )
A.振针在向右移动
B.振针在向左移动
C.在A处的观察者,接收到的水波频率变小
D.在A处的观察者,接收到的水波频率变大
答案 AC
解析 振针前进方向上的水波变得密集,在其移动反方向的水波变得稀疏,因此振针在向右移动;波源远离观察者时,观察者接收到的频率变小,故A、C正确。
10.(2024湖南长沙高二月考)某地在进行飞行航模表演,下列说法正确的是( )
A.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞来
B.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞离
C.当飞机向观众飞来时,飞机发动机发出的声音频率变高
D.当飞机飞离观众时,飞机发动机发出的声音频率变低
答案 A
解析 无论飞机是向观众飞来还是飞离观众,飞机发动机发出的声音频率不变,故C、D错误;飞机向观众飞来时,观众听到的声音频率变高,飞机飞离观众时,观众听到的声音频率变低,故A正确,B错误。
11.(多选)(2024广东韶关高二月考)关于多普勒效应的叙述,下列说法正确的是( )
A.多普勒效应说明波源的频率发生了变化
B.多普勒效应是由波的干涉引起的
C.多普勒效应是波共有的特征
D.科学家通过哈勃太空望远镜发现来自遥远的星系上的某种原子光谱,与地球上同种原子的光谱相比较,波长均变长,说明该星系正在远离地球而去
答案 CD
解析 产生多普勒效应的原因是波源和观察者之间有相对运动,波源发出的波的个数与观察者接收到的波的个数不相同,波源本身的频率并没有变化,一切波都能产生多普勒效应,A、B错误,C正确;当某一个星系远离地球时,在地球上接收到的该星系发出的光波,会发生多普勒效应,接收到的频率变低,即波长变长,D正确。
12.(2024浙江杭州高二期末)将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳,它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端,同时用相同频率和振幅上下持续振动,产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同,分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是( )
A.甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B.甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C.乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D.乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
答案 C
解析 甲图中两手开始振动时的方向相同,则甲图中分叉点是振动加强的位置,故A、B错误;乙图中两手开始振动时的方向恰好相反,乙图中分叉点是振动减弱的位置,因两手振动幅度相同,故在分叉点的右侧始终见不到明显的波形,故C正确,D错误。
13.(2024河南郑州高二月考)消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声,干涉型消声器可以用来减弱高速气流产生的噪声,干涉型消声器的结构及气流运行如图所示,波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播,当声波到达a处时,分成两束相干波,它们分别通过r1和r2的路程,再在b处相遇,即可达到减弱噪声的目的。若Δr=r2-r1,则Δr等于( )
A.波长λ的整数倍B.波长λ的奇数倍
C.半波长λ2的奇数倍D.半波长λ2的偶数倍
答案 C
解析 根据干涉特点知,距离差为波长的整数倍时,此点为振动加强点,故A、B、D错误;距离差为半波长的奇数倍时,此点为振动减弱点,故C正确。
14.(多选)(2024山东烟台高二月考)如图所示,S1、S2为两个振动情况完全一样的波源,两列波的波长都为λ,它们在介质中产生干涉现象,S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域(图中虚线处),P是振动减弱区域中的一点。从图中可看出( )
A.P点到两波源的距离差等于1.5λ
B.P点始终不振动
C.P点此时刻振动最弱,过半个周期后,振动变为最强
D.当一列波的波峰传到P点时,另一列波的波谷也一定传到P点
答案 ABD
解析 振动减弱点到两波源的距离差等于半波长的奇数倍,根据P点所处虚线的位置可知,P点到S1、S2的距离之差为1.5λ,A正确;P点为振动减弱点,且两波源振动情况相同,故P点振幅为零,B正确,C错误;在P点合位移为零,故其中一列波的波峰传播到P点时,另一列波的波谷也一定传播到P点,D正确。
15.(2024山东青岛高二月考)如图甲所示,两列横波沿同一水平面传播,两列横波的波源沿竖直方向振动。横波1的波源B点的振动图像如图乙所示;横波2的波源C点的振动图像如图丙所示。两列波的波速都为20 cm/s,两列波在P点相遇,P与B、C两点的距离均为40 cm,则P点振幅为( )
A.70 cm B.-10 cm
C.0 D.10 cm
答案 D
解析 由题图知,两列波的周期都是T=1 s,由v=λT得,波长λ=vT=0.2×1 m=0.2 m。因PC=PB=40 cm,而t=0时刻两波的振动方向相反,则两列波的波峰和波谷同时传到P点,P点是振动减弱点,振幅等于两波振幅之差,即A=40 cm-30 cm=10 cm,故A、B、C错误,D正确。
16.(2024山东日照高二月考)如图所示,在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源,A、B分别距O点6 m和1 m,两个声源同时不断向外发出波长都为2 m的完全相同的声波,在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的区域共有多少个?
答案 5个
解析 经数学归纳,若某点到两波源的路程差为波长的整数倍,即Δx=nλ(n=0,1,2,…),则该点振动加强,若某点到两波源的路程差为半波长的奇数倍,即Δx=λ2(2n+1)(n=0,1,2,…),则该点振动减弱。
直线PQ上的O点距两波源A、B的路程差最大,即AO-BO=(6-1) m=5 m=52λ,故O点为振动减弱点。由O向-∞或由O向+∞,直线PQ上各点到两波源A、B的路程差逐渐减小,其中Δx=32λ的点有两个,Δx=12λ的点有两个,所以在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的区域共有5个。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观察者＝f波源音调不变
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观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者观察者A不动，波源S运动，由S→S′，如图所示
f观察者>f波源音调变高
物理观念：
1.了解多普勒效应.
2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理.
3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象.
科学思维：
1.能运用多普勒效应解释一些物理现象.
2.能用惠更斯原理解释反射、折射现象.
科学探究：
1.进行演示实验“蜂鸣器音调的变化”，让学生实际感受一下音调随波源与观察者距离的变化而发生的变化.
科学态度与责任：
1.在实验过程中很好地保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点.
一、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，接收到的波的频率都会发生变化的现象.
2.多普勒效应产生的原因
(1)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，观察到的频率等于波源振动的频率.
(2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(填“增加”或“减小”)，观察到的频率增加(填“增加”或“减小”)；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率减小(填“增加”或“减小”).
3.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(彩超):医生向人体内发射频率已知的超声波,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。
(3)测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
1.判断下列说法的正误.
(1)发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化.( × )
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.( × )
(3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化.( × )
2.如图1表示产生机械波的波源S做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰.该图表示________现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是________、________.
图1
答案 多普勒效应 A B
一、多普勒效应
警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？
答案 (1)警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低.(2)实际上警笛的音调不会变化.(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化.
多普勒效应产生的原因分析
1.多普勒效应是指观察者所接收到的波的频率与波源频率不同的现象,并不是接收到的波的强度发生变化的现象。
2.发生多普勒效应时,波源的频率并没有变化,是接收者接收到的频率(单位时间内接收到的完整波的个数)发生变化(大于或小于波源频率)。
3.多普勒效应的产生不是取决于波源与观察者之间的距离大小,而是取决于二者间距离是否变化。
4.相对位置变化与频率的关系(规律)
5.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，且两者间距发生变化.
例1 新型列车动车组速度可达487.3 km/h,与该车汽笛声的音调相比。
(1)站在车运动前方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。站在车运动后方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样?此时列车汽笛声的音调变化了吗?
(3)坐在该新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样?
答案 (1)偏高 偏低 (2)偏高 不变 (3)不变
解析 (1)站在车运动前方的观察者与列车在靠近,因此听起来音调偏高;站在车运动后方的观察者与列车在远离,因此听起来音调偏低。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调偏高;此时列车汽笛声的音调不变。
(3)坐在新型列车动车组上的乘客与该列车的相对位置不变,故听起来音调不变。
观察者听到的音调的高、低取决于他接收到的声波频率的大小。在声源发声频率不变的情况下,观察者接收到的频率的变化情况取决于两者之间的距离是否变化。
针对训练1 在下列现象中,不能用多普勒效应解释的是( )
A.医生用超声波检查血流情况的“彩超”
B.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低
C.测量星球上某种元素发出的光波频率与地球上的同种元素静止时的发光频率比较判断星球的靠近或远离
D.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声
答案 D
解析 彩超是利用声波的多普勒效应,故A不符合题意;远去的列车发出的声音,由于多普勒效应音调变低,故B不符合题意;测量星球上某种元素发出的光波频率与地球上的同种元素静止时的发光频率可以根据多普勒效应判断星球靠近或远离,故C不符合题意;先看到闪电后听到雷声是因为光的传播速度大于声音的传播速度,故D符合题意。
1.(多普勒效应的应用)下列应用中没有应用多普勒效应的是( )
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.交通警察向进行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.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况
D.有经验的战士从炮弹飞行的声音判断飞行炮弹是接近还是远去
答案 C
解析 铁路工人将耳朵贴在铁轨上来判断火车的运动情况,是利用声音在铁轨中的传播速度大于在空气中的传播速度这一规律,故选项C没有应用多普勒效应。
2.(多普勒效应的规律)以下关于多普勒效应的说法正确的是( )
A.产生多普勒效应时,波源的振动频率发生变化
B.产生多普勒效应时,波源的振动频率并没有发生变化
C.多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化
D.人与波源有相对运动时,接收到的频率一定发生变化
答案 B
解析 当观察者与波源有相对运动(接近或远离)时,观察者测得的频率有变化,但波源的频率不变。尽管观察者与波源有相对运动,但只要两者距离不变,此时就不会出现多普勒效应。
3.(多普勒效应的现象)上课时老师将一蜂鸣器固定在长竹竿的一端,然后使蜂鸣器快速水平旋转,蜂鸣器音调变得忽高忽低。下列说法正确的是 ( )
A.旋转时蜂鸣器发声的频率变化了
B.旋转蜂鸣器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 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化了,故A错误,B正确;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,音调变高时,是向着靠近观察者的方向运动,故C、D错误。
专题一 对多普勒效应的理解
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.机械波和电磁波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
答案 BD
解析 多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A错误，B正确。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D正确，C错误。
2.当波源远离观测者时，观测者所接收到的频率f'和波源振动的频率f的关系为 ( )
A.f'=f B.f'
答案 B
解析 波源远离观测者的过程中，观测者接收到的波的频率比波源振动的频率小，即f'
答案 D
解析 汽车正在匀速远离，速度恒定，接收到的反射波的频率也是恒定的。由于是远离，故接收到的反射波的频率应该小于发出的波的频率，故选D。
4.a为声源，发出声波。b为接收者，接收a发出的声波。若a、b在沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声速)，以下说法中正确的是 ( )
A.若a、b相互靠近，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低
B.若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的低
C.若a、b向同一方向运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高
D.若a静止，b向a运动，则b接收到的声波的频率一定比a发出的高
答案 D
解析 判断b接收到的声波的频率与声源频率的高低关系，关键是看声源a与接收者b之间的距离如何变化，若远离，则b接收到的声波的频率比a发出的低，若靠近，则b接收到的声波的频率比a发出的高，故A错，D对。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接收到的声波的频率与a发出的声波的频率的关系不确定，故B、C错。
专题二 多普勒效应的应用
5.(多选)下列哪些现象属于多普勒效应 ( )
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，远离你而去时，音调变低
D.大风中，远处的人说话的声音时强时弱
答案 BC
解析 声波音调的高低由其频率决定，据多普勒效应，当声源与观察者发生相对运动时，观察者听到的音调会变化，B、C符合题意；声音的强弱由声波的能量决定，声源越近，声波能量越大，听起来越响亮，但音调不一定变化，A、D项不属于多普勒效应，故选择B、C。
6.(多选)如图所示，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是 ( )
A.振针在向右移动
B.振针在向左移动
C.在A处的观察者，接收到的水波频率变小
D.在A处的观察者，接收到的水波频率变大
答案 AC
解析 振针前进方向上的水波变得密集，在其移动反方向的水波变得稀疏，因此振针在向右移动；波源远离观察者时，观察者接收到的频率变小，故A、C正确。
7.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效。这种超声脉冲的频率高于20 000 Hz，能持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射数次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，下列说法正确的是 ( )
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的频率
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
答案 C
解析 由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的超声脉冲频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到的墙反射的超声脉冲频率大于墙接收的超声脉冲频率，故选C。
8.(2024湖北武汉高二月考)上课时老师将一蜂鸣器固定在直杆一端,然后使蜂鸣器迅速水平旋转,同学们听到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.蜂鸣器音调变低时,一定是向学生的方向运动
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)与同学们的距离有时近,有时远,发生多普勒效应,故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,故A错误,B正确;当蜂鸣器远离学生时,听到声音的频率变小,即音调变低,故C错误。
9.(多选)(2024河南许昌高二月考)如图所示,将上下振动的振针水平移动,移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形,下列说法正确的是( )
A.振针在向右移动
B.振针在向左移动
C.在A处的观察者,接收到的水波频率变小
D.在A处的观察者,接收到的水波频率变大
答案 AC
解析 振针前进方向上的水波变得密集,在其移动反方向的水波变得稀疏,因此振针在向右移动;波源远离观察者时,观察者接收到的频率变小,故A、C正确。
10.(2024湖南长沙高二月考)某地在进行飞行航模表演,下列说法正确的是( )
A.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞来
B.当观众听到的声音频率变高时,可以判断飞机正在飞离
C.当飞机向观众飞来时,飞机发动机发出的声音频率变高
D.当飞机飞离观众时,飞机发动机发出的声音频率变低
答案 A
解析 无论飞机是向观众飞来还是飞离观众,飞机发动机发出的声音频率不变,故C、D错误;飞机向观众飞来时,观众听到的声音频率变高,飞机飞离观众时,观众听到的声音频率变低,故A正确,B错误。
11.(多选)(2024广东韶关高二月考)关于多普勒效应的叙述,下列说法正确的是( )
A.多普勒效应说明波源的频率发生了变化
B.多普勒效应是由波的干涉引起的
C.多普勒效应是波共有的特征
D.科学家通过哈勃太空望远镜发现来自遥远的星系上的某种原子光谱,与地球上同种原子的光谱相比较,波长均变长,说明该星系正在远离地球而去
答案 CD
解析 产生多普勒效应的原因是波源和观察者之间有相对运动,波源发出的波的个数与观察者接收到的波的个数不相同,波源本身的频率并没有变化,一切波都能产生多普勒效应,A、B错误,C正确;当某一个星系远离地球时,在地球上接收到的该星系发出的光波,会发生多普勒效应,接收到的频率变低,即波长变长,D正确。
12.(2024浙江杭州高二期末)将一端固定在墙上的轻质绳在中点位置分叉成相同的两股细绳,它们处于同一水平面上。在离分叉点相同长度处用左、右手在身体两侧分别握住直细绳的一端,同时用相同频率和振幅上下持续振动,产生的横波以相同的速率沿细绳传播。因开始振动时的情况不同,分别得到了如图甲和乙所示的波形。下列说法正确的是( )
A.甲图中两手开始振动时的方向并不相同
B.甲图中绳子的分叉点是振动减弱的位置
C.乙图中绳子分叉点右侧始终见不到明显的波形
D.乙图只表示细绳上两列波刚传到分叉点时的波形
答案 C
解析 甲图中两手开始振动时的方向相同,则甲图中分叉点是振动加强的位置,故A、B错误;乙图中两手开始振动时的方向恰好相反,乙图中分叉点是振动减弱的位置,因两手振动幅度相同,故在分叉点的右侧始终见不到明显的波形,故C正确,D错误。
13.(2024河南郑州高二月考)消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都发出噪声,干涉型消声器可以用来减弱高速气流产生的噪声,干涉型消声器的结构及气流运行如图所示,波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播,当声波到达a处时,分成两束相干波,它们分别通过r1和r2的路程,再在b处相遇,即可达到减弱噪声的目的。若Δr=r2-r1,则Δr等于( )
A.波长λ的整数倍B.波长λ的奇数倍
C.半波长λ2的奇数倍D.半波长λ2的偶数倍
答案 C
解析 根据干涉特点知,距离差为波长的整数倍时,此点为振动加强点,故A、B、D错误;距离差为半波长的奇数倍时,此点为振动减弱点,故C正确。
14.(多选)(2024山东烟台高二月考)如图所示,S1、S2为两个振动情况完全一样的波源,两列波的波长都为λ,它们在介质中产生干涉现象,S1、S2在空间共形成6个振动减弱的区域(图中虚线处),P是振动减弱区域中的一点。从图中可看出( )
A.P点到两波源的距离差等于1.5λ
B.P点始终不振动
C.P点此时刻振动最弱,过半个周期后,振动变为最强
D.当一列波的波峰传到P点时,另一列波的波谷也一定传到P点
答案 ABD
解析 振动减弱点到两波源的距离差等于半波长的奇数倍,根据P点所处虚线的位置可知,P点到S1、S2的距离之差为1.5λ,A正确;P点为振动减弱点,且两波源振动情况相同,故P点振幅为零,B正确,C错误;在P点合位移为零,故其中一列波的波峰传播到P点时,另一列波的波谷也一定传播到P点,D正确。
15.(2024山东青岛高二月考)如图甲所示,两列横波沿同一水平面传播,两列横波的波源沿竖直方向振动。横波1的波源B点的振动图像如图乙所示;横波2的波源C点的振动图像如图丙所示。两列波的波速都为20 cm/s,两列波在P点相遇,P与B、C两点的距离均为40 cm,则P点振幅为( )
A.70 cm B.-10 cm
C.0 D.10 cm
答案 D
解析 由题图知,两列波的周期都是T=1 s,由v=λT得,波长λ=vT=0.2×1 m=0.2 m。因PC=PB=40 cm,而t=0时刻两波的振动方向相反,则两列波的波峰和波谷同时传到P点,P点是振动减弱点,振幅等于两波振幅之差,即A=40 cm-30 cm=10 cm,故A、B、C错误,D正确。
16.(2024山东日照高二月考)如图所示,在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源,A、B分别距O点6 m和1 m,两个声源同时不断向外发出波长都为2 m的完全相同的声波,在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的区域共有多少个?
答案 5个
解析 经数学归纳,若某点到两波源的路程差为波长的整数倍,即Δx=nλ(n=0,1,2,…),则该点振动加强,若某点到两波源的路程差为半波长的奇数倍,即Δx=λ2(2n+1)(n=0,1,2,…),则该点振动减弱。
直线PQ上的O点距两波源A、B的路程差最大,即AO-BO=(6-1) m=5 m=52λ,故O点为振动减弱点。由O向-∞或由O向+∞,直线PQ上各点到两波源A、B的路程差逐渐减小,其中Δx=32λ的点有两个,Δx=12λ的点有两个,所以在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的区域共有5个。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观察者＝f波源音调不变
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观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者
f观察者>f波源音调变高
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