高中物理 12.5多普勒效应课件 新人教版选修3-4

多普勒效应的广泛应用 1．雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效 应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常
是红外线，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。装有多普勒测速仪的警车有 时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并 把测得的速度自动打印在照片上。
科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度。
这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。
③医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超 声波被血管中的血液反射后被仪器接收。测出反射波的频 率变化，就能知道血流的速度，据此诊断疾病。 ④可据火车汽笛的音调的变化可以判断火车是进站还
是出站；据炮弹飞行的尖叫声可以判断炮弹飞行的方向等。
声波的个数增多，所以观察者接收到的频率升高，听到乐
音的音调比原来要高。当观察者与声源背向运动时，观察 者接收的声波的个数减少，所以观察者接收到的频率降低， 听到乐音的音调比原来降低了。综上所述，正确选项为 B、 D。
答案：B、D
多普勒效应中接收到的频率 f′的计算公式 (1)波源相对介质静止， 观察者以速度 v0 相对于介 质运动。 v± v0 f′＝f0( v )。 “＋”表示观察者走向波源， “－”表示观察者离开波源。
的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察 者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位 时间接收到的完全波的个数决定的。
①当波源和观察者相对介质都静止不动，即二者没有
相对运动时。
单位时间内波源发出几个完全波，观察者在单位时间 内就接收到几个完全波。观察者接收到的频率等于波源的 频率。 ②当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频
如火车出站鸣笛时，我们感到音调变低，即因为接收
到的频率减小的情况。
总之，当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互 接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者 接收到的频率减小。 注意：①在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，
只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率
发生了变化。 ②多普勒效应是波动过程共有的特征，电磁波和光波 也会发生多普勒效应。
(2)波源以速度 vS 相对于介质运动， 观察者相对于介 质静止。 v f′＝f0( )。 v± vS “＋”表示波源离开观察者， “－”表示波源向观察者运动。 (3)波源与观察者同时相对于介质运动。 v＋v0 相向运动：f′＝f0( )； v－ vS v－v0 反向运动：f′＝f0( )。 v＋ vS
培养学生观察生活、掌握知识、运用知识的能力。
1.波源与观察者互相 ________ 或者互相 ________ 时， 接收到的频率都会________，这种现象叫做多普勒效应。 2．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 ________ 波
3．宇宙学研究中的多普勒现象
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＝Hr；H为哈勃常数。根据哈勃定律和后
来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在
火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静
止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音 调。以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低 的是 A．观察者静止，火车向他驶来 ( )
B．观察者静止，火车离他驶去
C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动 D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动
解析：当观察者与声源相向运动时，观察者接收到的
【例2】一固定的超声波源发出频率为100 kHz的超声
波，一辆汽车从远处向超声波源迎面驶来，在超声波源处
的接收器接收到从汽车反射回来的超声波，并测出接收到 的超声波频率为110 kHz，设空气中声音的传播速度是330 m/s，求汽车的行驶速度。 【答案】56.5 km/h
【解析】设波源发射的超声波频率为 f，汽车接收到的 频率为 f′，并把它反射回去，固定接收站接收到的频率为 f″， 超声波在空气里的传播速度为 v， 汽车的行驶速度为 u。 v 超声波在空气中的波长为 λ0，则 f＝ ，汽车每秒钟接收到 λ0 v u v＋ u 的超声波的波数，即频率 f′＝ ＋ ＝ v f，汽车反射回 λ0 λ0 v u v－u (v－u)v 的超声波在空气中的波长 λ′＝ － ＝ f ＝ ， f′ f′ (v＋u)f v v＋ u 固定接收器接收到的频率 f″＝ ＝ f， 由此可以解得 u λ′ v－u f″－f ＝ v＝15.7 m/s，即为 56.5 km/h。 f″＋f
膨胀，物质密度一直在变小。由此推知，宇宙结构在某一 时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。
因而 1948 年伽英夫 (G·Gamow) 和他的同事们提出大
爆炸宇宙模型。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐
被广泛接受，以致被天文学家称为宇宙的“标准模型”。
多普勒效应使人们对距地球任意远的天体运动的研究
率会改变。
a．波源相对介质不动，观察者朝波源运动时(或观察 者不动，波源朝观察者运动时 )观察者在单位时间内接收 到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大。此时，f 测 v＋v人 v ＝ λ ＞ λ ＝f。情景如图 12－5－1(甲)(乙)所示。
如火车进站鸣笛时，我们感到音调变高，即因为接收 到的频率增大的情况。 b．波源相对介质不动，观察者远离波源运动时(或观 察者不动，波源远离观察者运动时)观察者在单位时间内 接收到的完全波的个数减少， 即接收到的频率减小。 此时， v－v人 v f 测＝ λ ＜ λ ＝f。情景如图 12－5－2(甲)(乙)所示。
率变低，而且由于飞机的速度十分快，所以我们在卫星移
动通信中要充分考虑“多普勒效应”。为了避免这种影响 造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考 虑，也加大了移动通信的复杂性。
速度，这种方法俗称为“________”。 答案： 1．靠近 2．等于 远离 增加 发生变化 增加 远离 变小
3．速度
彩超
(1)定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察 者感到频率发生变化的现象叫做多普勒效应。 (2)成因：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，因此波源
【例1】 公路巡警开车在高速公路上以 100 km/h的恒
定速度巡查，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，如果该电磁波被那辆轿车反射回 来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆 轿车的车速 A．高于100 km/h ( B．低于100 km/h )
C．等于100 km/h
源振动的频率；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 ________ ， 观 察 到 的 频 率 ________；反之，当波源与观察者互相 ________时，观察 到的频率________。
3．多普勒效应在科学技术中有广泛的应用。交通警
察可以用来测量汽车的________，医生可用来测量血流的
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。
4．移动通信中的多普勒效应
在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远
离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑 “多普勒效应”。当然，由于日常生活中，我们移动速度 的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但在卫星移动 通信中，当飞机移向卫星时，频率变高，远离卫星时，频
(3)Байду номын сангаас用
①超声波测速：发射装置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。据反射波频率的变 化的多少可以知道车辆的速度。 ②红移现象：在20世纪初，科学家们发现许多星系的 谱线有“红移现象”，所谓“红移现象”，就是整个光谱
结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应
加以解释：由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率 变小，谱线就向频率变小(即波长变大)的红端移动。
2．多普勒效应在医学上的应用
在临床上，多普勒效应的应用也不断增多，近年来迅
速发展起超声脉冲多普勒检查仪，当声源或反射界面移动 时，比如当红细胞流经心脏大血管时，其表面散射的声音 频率发生改变，由这种频率偏移可以知道血流的方向和速 度。如红细胞朝向探头时，根据多普勒原理，反射的声频
则提高，如红细胞离开探头时，反射的声频则降低。
知识与技能
1．知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别。
2．知道什么是多普勒效应，知道它是在波源与观察 者之间相对运动时产生的现象。 3．了解多普勒效应的一些应用，体会日常生活中存 在的多普勒效应现象。
过程与方法
1．以声波为例，通过定性分析，使学生对多普勒效
应有初步了解。 2．通过日常生活中的现象或技术，加深对多普勒效 应的理解。 情感、态度与价值观
D．无法确定
【答案】A
【解析】由多普勒效应知，巡警车接收到的频率低了，
即观察者接收到的频率低了，说明轿车和巡警车在相互远 离，而巡警车速度恒定，因此可以判定轿车的速度比巡警 车速度大，故A正确。 【思维点悟】由前面的分析可得出：当波源与观察者
远离时，频率变低；当波源与观察者靠近时，频率变高。
对应练习