2020-2021高二物理3-4学案：第十二章 5多普勒效应含解析

高中人教版物理课时12.5多普勒效应1.通过实验感受多普勒效应。

2.初步定性解释多普勒效应产生的原因。

3.了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。

重点难点:多普勒效应概念及对多普勒效应的理解。

教学建议:本节主要以声波为例介绍多普勒效应,声波的多普勒效应比较常见,易于被学生接受。

教材只对多普勒效应作定性的分析说明,使学生对多普勒效应有初步了解,教学中不宜作过多的理论引申。

多普勒效应在生活中普遍存在,随着科学技术的发展,它的应用日益广泛,如交通管理、医疗检查等。

给学生作些介绍,可以开阔他们的眼界。

导入新课:在日常生活中,我们都会有这样的经历,当一列鸣着汽笛的火车驶来时,会发现火车汽笛的音调变高;而当火车逐渐远离时,会发现火车汽笛的音调变低。

为什么会发生这种现象呢?1.多普勒效应奥地利物理学家多普勒发现,波源和观察者互相①靠近或互相②远离时,接收到的波的频率都发生变化。

这种现象叫作多普勒效应。

2.产生原因当波源与观察者相对静止时,接收的频率③等于(填“大于”“小于”或“等于”)波源振动的频率;当波源与观察者互相靠近时,接收的频率④大于(填“大于”“小于”或“等于”)波源振动的频率;当波源与观察者互相远离时,接收的频率⑤小于(填“大于”“小于”或“等于”)波源振动的频率。

3.应用交通警车通过分析行进中车辆的反射波频率的⑥变化来确定车辆的速度;通过运动天体与地球某元素发射的光波的⑦频率对照可以确定天体的速度;医生向人体发射频率已知的超声波,通过测定血流反射波的⑧频率变化,就能知道血流速度,检查病变。

1.教材中用蜂鸣器做演示实验时,几米之外的人听到的声音有什么特征?解答:蜂鸣器音调忽高忽低。

2.波源与观察者距离变化时接收到的波的频率发生变化的现象,是谁发现的?解答:奥地利物理学家、数学家和天文学家多普勒。

3.发生多普勒现象时,波源的频率是否变化?解答:波源的频率是不变的。

主题1:多普勒效应问题:(1)我们在剧场听演唱会时,听到的声音频率与声源的频率是不是一致的?(2)我们乘坐火车出行,当我们乘坐的火车鸣笛时,火车静止不动和快速行驶两种状态下,我们听到的笛声频率是不是一样的?当与另一列高速行驶且正鸣笛的火车擦肩而过时,我们听到的笛声频率又是如何的?(3)当波源不动,观察者运动时,观察者接收到的频率会怎样变化?(4)当观察者不动,波源运动时,观察者接收到的频率会怎样变化?解答:(1)听到的声音频率与声源的频率是一致的。

2020-2021学年高二物理人教版选修3-4随堂课时练多普勒效应1.轮船在进港途中的x t 图像如图所示，则在港口所测的轮船上雾笛发出声音的频率是下列选项中的( )A. B.C. D.2.关于多普勒效应，下列说法正确的是( )A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化B.产生多普勒效应的原因是观察者的听力出现了问题C.甲、乙两列车相向行驶，两车均鸣笛，且所发出的笛声频率相同，那么乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率D.将哈勃太空望远镜接收到的来自遥远星系上的某种原子光谱，与地球上同种原子的光谱相比较，光谱中各条谱线的波长均变长（称为哈勃红移），这说明该星系正在远离我们而去3.机械波和电磁波都能产生多普勒效应.下列现象中不属于利用多普勒效应的是( )A.交通警察利用测速仪向行进中的车辆发射频率已知的超声波,根据反射波的频率变化判断车速B.医生向人体内发射频率已知的超声波,根据接收到的被血管中的血流反射后的超声波的频率变化,判断血流的速度是否正常C.发生雷电时,人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离D.天文学上通过对比某些元素在遥远天体上的发光频率与其静止在地球上的发光频率,判断天体相对于地球的运动速度4.分析下列物理现象:(1)夏天里在一次闪电过后,有时雷声轰鸣不绝;(2)“闻其声而不见其人”;(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音;(4)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.反射、衍射、干涉、多普勒效应B.折射、衍射、多普勒效应、干涉C.反射、折射、干涉、多普勒效应D.衍射、折射、干涉、多普勒效应5.下列说法中正确的是( )A.医学上检查人体内部器官的“CT”,使用的是γ射线B.雨后公路积水表面漂浮的油膜在阳光下呈现彩色，这是光的折射现象C.利用多普勒效应原理,可以测量运动物体的速度D.考虑相对论效应,静止的人测量沿自身长度方向高速运动的杆比静止时的杆长6.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。

多普勒效应本节教材分析：多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.这比波动现象又复杂了一些.本节以声波为例介绍多普勒效应，原因是声波比较常见，易于为学生接受.本节教学中应注意：1.只要求对多普勒效应做定性的分析说明.使学生对多普勒效应有初步的了解，教学中注意不要引申.2.教学时为理解多普勒效应，必须使学生知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别.教学中可多举一些例子，结合学生的实际进行讲解.3.多普勒效应在现代生产和生活中有广泛的应用，除了课本中提到的，还可根据实际情况补充介绍一些应用实例，以开阔眼界和引起兴趣.教学目标：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，知道它是在波源和观察者之间有相对运动时产生的现象.3.了解多普勒效应的一些应用.教学重点：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有相对运动时产生的现象.3.了解多普勒效应的一些应用.教学难点：波源的频率与观察者接收到的频率的区别.教学方法：讲练法、阅读法、分析法.教学用具：课件教学过程一、引入［视频］汽车、飞机经过时的声音.注意提醒学生听声音的区别.［学生叙述听到的声音情况］［教师］同是汽笛发声，为什么会产生两种不同的现象呢？本节课我们就来研究这种现象.［板书］多普勒效应二、新课教学（一）多普勒效应的实例当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应。

这一效应是奥地利物理学家多普勒在1842年首先发现的，所以称为多普勒效应。

多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.(二)多普勒效应的解释1. 波源的频率与观察者接收到的频率⑴波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。

这时因为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。

⑵观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。

2020-2021学年高中物理第十二章机械波5 多普勒效应教案2 新人教版选修3-4年级：姓名：多普勒效应【教材分析】使用教材是人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-4第十二章第5节。

多普勒效应是波的一种重要现象，在生活中具有广泛的应用。

本节课通过对多普勒效应的形成过程进行分析，提高学生对机械波的认识水平，培养学生的分析能力与科学探究能力。

【学情分析】教学主体——学生是普通高中二年级学生，此前已经学习了声音及机械波的相关知识，了解声音的特性及其影响因素。

学生具有一定的实验观察能力及科学探究的能力，学习欲望较强，乐于将所学知识运用于实际生活中。

多普勒效应的现象在生活中很常见，但学生不能应用物理知识进行分析。

通过本节课的学习，使学生感受并探究多普勒效应现象，理解其产生原因，并了解其在生活中的应用。

【教学目标】(一)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，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象；3．了解多普勒效应的一些应用。

(二)过程与方法:1．通过实验、多媒体课件演示激发学生学习物理的兴趣，培养学生观察能力，和从物理现象入手，通过理论演绎和实验验证研究物理问题的方法；2．通过对物理问题的分析论证培养学生勤于思考的习惯和分析问题的能力；3．通过多普勒效应应用的学习，培养学生查阅资料和整理资料的能力。

(三)情感、态度与价值观:1．通过对多普勒效应的学习，让学生体会到物理源于生活又服务于生活；2．通过对多普勒效应的探究性学习，激发学生的合作意识和创新意识，树立正确的学习观。

【教学重点】1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别；2.多普勒效应的定义及产生条件。

【教学难点】1．波源的频率与观察者接收到的频率的区别；2．对多普勒效应成因的探究论证。

【教学方法】理论探究、讲授法、演示实验【教学用具】多媒体辅助教学设备【教学设计】知识回顾：提问1：声音是如何产生的？——振动发声提问2：声音的高低与什么有关？——与频率有关播放录像：看下面几段录像，注意仔细听声音除音量大小以外的变化生活实例：第五节多普勒效应板书：一、多普勒效应由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者接受到的频率发生变化的现象。

5.多普勒效应1.关于多普勒效应,以下说法中正确的有()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.产生多普勒效应的缘由是波源的频率发生了变化D.产生多普勒效应的缘由是观看者观看到的频率发生了变化解析:多普勒效应是波动共有的特征,无论是机械波、电磁波,还是光波都会发生多普勒效应,产生多普勒效应的缘由是观看者观看到的频率发生了变化,而波源的频率不变,故B、D项正确,A、C项错误。

答案:BD2.假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz,在汽车鸣着喇叭向你驶来又擦身而过的过程中,下列说法正确的是()A.当汽车向你驶来时,听到喇叭声音的频率大于300 HzB.当汽车向你驶来时,听到喇叭声音的频率小于300 HzC.当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率大于300 HzD.当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率小于300 Hz解析:当汽车向你驶来时,两者距离减小,你接收的声波个数增多,频率上升,将大于300 Hz,故A选项正确;当汽车和你擦身而过后,两者距离变大,你接收的声波个数削减,频率降低,将小于300 Hz,故D选项正确。

答案:AD3.火车上有一个声源发出频率肯定的乐音。

当火车静止、观看者也静止时,观看者听到并记住了这个乐音的音调。

以下状况中,观看者听到这个乐音的音调比原来降低的是()A.观看者静止,火车向他驶来B.观看者静止,火车离他驶去C.火车静止,观看者乘汽车驶向火车D.火车静止,观看者乘汽车远离火车解析:当观看者与声源相向运动时,观看者接收到的声波的个数增多,所以观看者接收到的频率上升,听到乐音的音调比原来要高。

当观看者与声源背向运动时,观看者接收的声波的个数削减,所以观看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,选项B、D正确。

答案:BD4.频率肯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<v),f表示接收器接收到的频率。

2020-2021学年高中物理第十二章机械波5 多普勒效应教案1 新人教版选修3-4年级：姓名：（一）引入新课教师：1842年的一天，奥地利物理学家多普勒在铁路边上散步，一列火车驶过，他发现火车的鸣笛声调发生了变化，于是经过一番研究，他发现了多普勒效应。

下面我们一起听听当年多普勒发现的现象。

［课件演示：生活中的实例］问题1：人听到的音调高低跟什么因素有关系？问题2：以飞机轰鸣声音为例，猜测飞机飞过来和离开时，轰鸣声的频率发生变化了吗？（如果你在飞机上，你听到的轰鸣声的音调会有变化吗？）（二）进行新课一．多普勒效应教师：学习多普勒效应之前，我们首先弄清两个概念。

一、多普勒效应1．两个概念：（1）波源的频率：单位时间内波源发出的完全波的个数（2）观察者接收到的频率:单位时间内观察者接收到的完全波的个数2 ．多普勒效应的定义：若波源与观察者相互靠近或远离时，观察者接收到的频率与波源的真实频率不相同，这种现象称为多普勒效应。

为了便于研究，我们可分以下几种情况来讨论多普勒效应。

（1）波源与观察者都静止［课件演示：波源与观察者都静止］结论：观察者接收到的频率等于波源频率。

（2）观察者靠近波源运动［课件演示：观察者靠近波源运动］结论：观察者接收到的频率大于波源频率。

（3）观察者远离波源运动［课件演示：观察者远离波源运动］结论：观察者接收到的频率小于波源频率。

（4）波源靠近观察者运动［课件演示：波源观靠近察者运动］结论：观察者接收到的频率大于波源频率。

（5）波源远离观察者运动［课件演示：波源远离观察者运动］结论：观察者接收到的频率小于波源频率。

小结：1、当观察者与波源相互靠近时，接收到的频率大于波源频率。

2、当观察者与波源相互远离时，接收到的频率小于波源频率【课堂练习】【例1】下面说法中正确的是 ( )A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生变化C．多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的二、多普勒效应的应用1 ．车辆测速：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。

第5节多普勒效应【学习目标】1．了解多普勒效应，初步理解多普勒效应的产生原因。

2．能运用多普勒效应解释一些物理现象，了解多普勒效应的应用。

【新知新学】一、多普勒效应当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。

二、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)的数目是的，观察者观测到的频率波源振动的频率。

2．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，观测到的频率；反之，当波源与观察者互相远离时，观测到的频率。

三、多普勒效应的应用1．测车辆速度：交通警察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，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。

3．测血流速度：医生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，就能知道血流的速度。

【合作探究】多普勒效应的理解及应用(1)多普勒效应的产生原因是什么？(2)发生多普勒效应时，若接收频率变小，说明波源和观察者距离如何变化？例1、公路巡警车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，巡警车向前方在同一车道上的一辆轿车发出一束已知频率的电磁波，结果该电磁波被此辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。

(1)此现象属于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效应D．波的反射(2)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？(3)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的电磁波频率应怎样变化？例2、如图所示，O是一个声波的波源，发出的一系列声波为如图所示的一组圆面，A、B是两个观察者的位置，则下列叙述正确的是()A．波源正向A点移动，A处听到的音调较高B．波源正向A点移动，B处听到的音调较高C．波源正向B点移动，A处听到的音调较高D．波源正向B点移动，B处听到的音调较高例3、(多选)如图所示，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＝400 m/s。

课堂互动三点剖析1.多普勒效应(1)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，观察者才“感觉”到频率发生了变化。

在介质相对波源静止的情况下，介质中的各个质点的振动情况仍与波源相同。

(2)当波源与观察者有相对运动，两者相互接近时，观察者接收到的频率增大；两者相互远离时，观察者接收到的频率减小。

其实，反过来说也是正确的：当观察者根据经验感觉到接收到的频率比波源应有的频率高时，说明波源和观察者的距离正在减小；当观察者根据经验感觉到接收到的频率比波源应有的频率低时，说明波源和观察者的距离正在增大。

(3)波源向观察者匀速靠近时，观察者听到的频率增高，这是跟两者无相对运动时比较而言的。

当波源和观察者匀速靠近时，观察者听到一个频率比波源高但频率一定的声波，并非越来越高。

2.多普勒效应产生原因的定量分析设u 表示波源对介质的速度，v 表示观察者对介质的速度，V 表示波的传播速度；f 和f′分别表示波源频率和观察者接收到的频率。

(1)波源和观察者相对介质都不动：单位时间内波源振动f 次，波传播距离是V ，即发出的波分布在长度V 上，共有f 个波长，观察者接收到的频率是单位时间内通过观察者的完全波数，故f′=λV =f ，即接收到的频率等于波源的频率。

(2)波源相对介质不动，而观察者向波源运动：则波对观察者的速度为(v+V)，据公式λ=fV ，知f′=f V v v V )1(+=+λ。

即接收到的频率增加为波源频率的(1+Vv )倍。

同理可知，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率为(1-V v )f 。

(3)观察者静止，波源以速度u 向观察者运动：波速V 与波源的运动无关，但波长被压缩为λ′=λ-uT 。

故观察者接收到的频率f′=f uV V uT VT V uT V -=-=-λ。

即接收到的频率增大，反之，即波源远离观察者时，接收到的频率减小。

各个击破【例1】 如图12-7-1所示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。

12.5多普勒效应【教学目标】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，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。

3．了解多普勒效应的一些应用．重点：1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别.2.多普勒效应的定义及产生条件；难点：波源的频率与观察者接收到的频率的区别.【自主预习】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速度，这种方法俗称为“________”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。

4.应用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。

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。

高中物理第十二章机械波5多普勒效应学案新人教版选修34课堂探究一、多普勒效应中波源的频率发生变化了吗多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时，观察者接收到的频率发生变化的现象。

其实波源的频率并不是发生变化，只是观察者感受到的频率发生了变化。

二、分析多普勒效应形成的原因如图甲所示，波源和观察者都不动，设波源频率为20 Hz，则波源每秒发出20个完全波，波速v＝λf，所以每秒经过观察者20个完全波，这时观察者接收到的波的频率等于波源的频率。

如图乙所示，波源不动，观察者向波源运动，人耳在1 s内由位置A移到位置B，虽然波源每秒仍发出20个完全波，但观察者每秒却接收到21个完全波，即二者相互接近时，观察者接收到的波的频率大于波源的频率，反之，观察者远离波源运动时，观察者接收到的波的频率小于波源的频率。

如图丙所示，波源向右运动，观察者不动，波源由S1运动到S2，波源右方的波面变得密集，因波速不变，波长变短，右方观察者接收到的波的频率大于波源的频率；左方的波面变得稀疏，波长变长，左方的观察者接收到的波的频率小于波源的频率。

可用“极端假设”的方法设想当自己随同某一个波峰一起远离波源，你将接收不到波，此时你接收到的频率变为零。

可以用这种方法想象观察者远离波源时，接收到的波的频率减小的道理，以理解多普勒效应。

类型一多普勒效应概念的理解【例1】下列说法中正确的是( )。

A．若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率减小B．声波击碎玻璃杯的实验原理是共振C．超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多D．“闻其声不见其人”是声波的干涉现象解析：由多普勒效应可知，若声波波源向着观察者运动，则观察者接收到的声波频率增大，A项错误；声波击碎玻璃杯是声波频率与玻璃杯的固有频率相同，玻璃杯发生共振导致破碎，B项正确；由于水对光波和无线电波吸收比对声波吸收得多，所以超声波在水中传播的距离比光波和无线电波在水中传播的距离远得多，C项正确；“闻其声不见其人”是声波的衍射现象，D项错误。

7 多普勒效应名师导航知识梳理1.由于____________之间有相对运动，使观察者感到____________发生变化的现象叫多普勒效应，如果二者相互接近，观察者接收的频率____________，如果二者远离，观察者接收到的频率____________，注意多普勒效应的实际应用.2.波源的频率等于单位时间内波源____________，观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内____________.知识导学我们在初中学过声音是由振动产生的，振动的频率决定声波的音调，因此学习本节知识时，应复习初中的知识.由于相对运动而产生了多普勒效应，在我们的日常生活中，多普勒效应也被广泛地应用，如测量星球上某些元素发出的光波的频率，再与地球上元素静止发光频率对照算出星球靠近或远离我们的速度等. 疑难突破1.分析多普勒效应形成的原因剖析：如图12-7-1所示，波源和观察者都不动，设波源频率为20 Hz ，则波源每秒发出20个完全波，波速v=λf ，所以每秒经过观察者20个完全波，这时观察者接收到的频率等于波源的频率.图12-7-1图12-7-1中B 所示，波源不动，观察者向波源运动，人耳在1 s 内由位置A 移到位置B ，虽然波源每秒仍发出20个完全波，但观察者每秒却接收到21个完全波，即二者相互接近时，观察者接收到的频率大于波源的频率，反之，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率小于波源的频率.图12-7-1中C 所示，波源向右运动，观察者不动，波源由S 1运动到S 2，波源右方的波面变得密集，因波速不变，波长变短，右方观察者接收到的频率大于波源的频率；左方的波面变得稀疏，波长变长，左方观察者接收到的频率小于波源的频率.2.计算波源频率和观察者接收到的频率剖析：v 1表示波源对介质的速度，v 表示波的传播速度，f 和f′分别表示波源频率和观察者接收到的频率.（1）若观察者R 静止，波源S 以速度v 1向观察者靠近，波速v 与波源的运动无关，而波源S 每发出一个完全波就向R 移近了v 1T ，故对R 来说，波长缩短了v 1T ，即λ′=λ-v 1T=v/f-v 1/f=（v-v 1）/f ，观察者接收（感觉）到的频率为f′=1v v v v -='λ，当波源S 以速度v 1远离观察者时，f′=f v v v 1+. （2）若波源S 不动，观察者R 以速度v 2向S 运动，经时间t 向S 运动了v 2t 的距离，同时波背离波源S 传播了vt ，观察者R 感觉到的频率（即通过他的波的个数）为f′=f v v v t t v vt /22+=+λ=(1+v v 2)f ，观察者以速度v 2远离波源S 时，f′=(1-vv 2)f. 典题精讲【例1】警车上的警笛每隔0.5 s 响一次，一个人坐在以60 km/h 的速度向警车行驶的汽车上，求此人在5 min 内听到声音的次数是多少.声音在空气中的传播速度为320 m/s.思路解析：响声在空气中的间隔类似于一个波长为λ=320×0.5 m=160 m 的波，人与声音的相对速度v=（320+350） m/s=31010m/s ，由f=λv =16031010⨯Hz=4801010 Hz ， 所以n=f·t=4801010×300=48030300=631（次）. 答案：n=631次绿色通道：观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到完全波的个数.变式训练：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 ，计算汽车的行驶速度.答案：33 m/s【例2】一个观察者在铁路旁，当火车迎面驶来时，他听到的汽笛声频率为f 1=440 Hz;当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声的频率f 2=392 Hz.若大气中声速约为330 m/s ，求火车的速度和火车汽笛发声的频率f 0.思路解析：设火车的速度为V ，声速为v.当火车靠近时，声波的波长被压缩为λ′=vT -VT=0f V v -，观察者听到的频率 f 1=λ'v =0Vf v v -即 440=0330330Vf - ① 同理，当火车远离时，有 392=0330330Vf + ② 联立①②解得：V=19.0 m/s,f 0=415 Hz.答案：19.0 m/s 415 Hz绿色通道：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，观察者接收到的频率发生了变化.观察者与波源相互接近时接收到的频率变大，远离时接收到的频率变小.变式训练：如图12-7-2，观察者B 与声源ξ都是静止的，但在B 、ξ连线上有一垂直的反射面M.此反射面以速度v m =20 cm/s 向声源及观察者运动时，观察者测得拍频Δν=4 Hz.求此声源的频率ν.（已知此时空气中声速v=340 m/s ）图12-7-2 答案：3 400 Hz问题探究问题：想象你以声波的速度随同某一个波峰一起远离波源，会是什么情景？导思：此问题是波源相对介质不动，观察者远离波源运动时，接收频率问题，充分地利用了相对运动解题.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.探究：波源是静止的，人和某一个波峰一起运动，人的速度等于波峰速度，人和波峰的相对速度为零，设人的速度为v ，V 为波的传播速度，任何一个完全波，接收的频率变为零，即听不到波源的声响.同时我们也可以定量地计算人接收到的频率即f=(1-v/V)λ，由v=V 则有f=0，即听不到波源的声响.。

第5、6节多普勒效应__惠更斯原理1.多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时,观察者接收到的波的频率都会发生变化的现象.2．波源与观察者如果相互靠近,观察者接收到的频率增大,二者如果远离,观察者接收到的频率减小.3．利用多普勒效应可以测车辆速度、星球速度、血流速度等.4．惠更斯原理：介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面.一、多普勒效应1．多普勒效应(1)音调：音调由频率决定,频率高那么音调高,频率低那么音调低.(2)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)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,观察者观测到的频率等于波源振动的频率.(2)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)的数目增加,观察到的频率增加；反之,当波源与观察者互相远离时,观察到的频率变小.二、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频率的超声波,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,可得星球的速度.3．测血流速度：向人体内发射频率的超声波,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可得血流速度 .三、惠更斯原理1．波面与波线(1)波面和波线的概念：①波面：波源发出的波,向四周传开,波峰组成了一个个圆,波谷也组成一个个圆,振动状态相同的点都组成了一个个圆,这些圆叫作一个个波面.②波线：指与波面垂直的那些线,代表了波的传播方向 .如图12-5-1所示.图12-5-1(2)波的分类：①球面波：由空间一点发出的波,它的波面是以波源为球心的一个个球面,波线就是这些球面的半径.②平面波：指波面是平面的波 .2．惠更斯原理(1)内容：介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面.(2)应用：①如果知道某时刻一列波的某个波面的位置,还知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置,从而确定波的传播方向.②利用惠更斯原理只能解释衍射现象中波的传播方向,不能解释波的强度.无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系.3．波的反射与折射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象 .(2)折射现象：波从一种介质射入另一种介质时,波的传播方向发生改变的现象.1．自主思考- -判一判(1)发生多普勒效应时,波源的频率没有发生变化.(√)(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)只有横波才能发生多普勒效应.(×)(4)波面一定是平面.(×)(5)波的传播方向与波面平行.(×)(6)用惠更斯原理能够解释波的衍射现象与障碍物大小的关系.(×)2．合作探究- -议一议(1)炮弹由远处飞来从头顶吼叫而过的整个过程中,我们所听到的音调会发生怎样的变化?为什么?提示：波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化,频率的变化会引起音调的变化,由于炮弹离我们先变近后变远,所以音调先变高后变低.(2)人们听不清对方说话时,除了让一只耳朵转向对方,还习惯性地把同侧的手附在耳旁,这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力?图12-5-2提示：在耳郭原有形状、面积的根底上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵的接收能力.对多普勒效应的理解1．波源频率波源完成一次全振动,向外发出一个波长的波,称为一个完全波.频率表示单位时间内完成的全振动的次数.因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数.2．接收频率(1)波源和观察者相对静止.观察者接收到的频率等于波源的频率.(2)波源和观察者有相对运动.观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化,即感觉到波的频率发生变化.波源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.3．音调音调由频率决定,频率高那么音调高,频率低那么音调低.观察者听到的声音的音调,是由观察者接收到的频率,即单位时间内接收到的完全波的个数决定的.[典例](多项选择)假设一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz ,在汽车向观察者驶来又擦身而过的过程中,以下说法正确的选项是()A．当汽车向观察者驶来时,听到喇叭声音的频率大于300 HzB．当汽车向观察者驶来时,听到喇叭声音的频率小于300 HzC．当汽车和观察者擦身而过后,听到喇叭声音的频率大于300 HzD．当汽车和观察者擦身而过后,听到喇叭声音的频率小于300 Hz[思路点拨](1)当观察者与波源的距离减小时,观察者接收到的频率变大.(2)当观察者与波源的距离增大时,观察者接收到的频率变小.[解析]当汽车向观察者驶来时,两者距离减小,单位时间内观察者接收的声波个数增多,频率升高,将大于300 Hz ,故A选项正确；当汽车和观察者擦身而过后,两者距离变大,单位时间内观察者接收的声波个数减少,频率降低,将小于300 Hz ,故D选项正确 .[答案]AD观察者接收到的频率的判断(1)声音的音调取决于频率,频率高那么音调高,频率低那么音调低.(2)当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率大于波源频率,音调变高；反之,观察者接收到的频率小于波源频率,音调变低 .1．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．当波源和观察者都运动时就产生多普勒效应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解析：选D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波源和观察者有相对运动,导致观察者接收到的波的频率发生了变化,而波源的频率不变.应选项D正确,A、B、C错误.2．(多项选择)以下哪些现象是多普勒效应()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,远处人的说话声时强时弱解析：选BC声波音调的上下由其频率决定,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正确；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项不是由多普勒效应造成的,应选择B、C .3．(多项选择)一渔船向鱼群发出超声波,假设鱼群正向渔船靠近,那么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．频率变高D．频率不变解析：选BC渔船与鱼群发生相对运动,被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知,反射回来的超声波的频率变高,应选项B、C正确 .波的反射和折射1．波的反射的应用(1)回声测距：①当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播,由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离一样的情况下,用的时间相等 .设经过时间t听到回声,那么声源距障碍物的距离为s＝v声t 2.②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时,声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)t2.③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)t2.(2)超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波.超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来 .蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置,从而确定飞行或游动方向.2．波的反射与折射的比照(1)对应物理量的变化波现象波的反射波的折射比较项传播方向改变i＝i′改变r≠i频率f 不变不变波速v不变改变波长λ不变改变(2)频率、波速和波长的决定因素①频率f由波源决定,故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率,即波源的振动频率相同.②波速v由介质决定,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速不变,而折射波与入射波在不同介质中传播,所以波速变化.③据v＝λf知,波长λ与v及f有关,即与介质和波源有关,反射波与入射波在同一介质中波速相同,频率相同,故波长相同.折射波与入射波在不同介质中传播,v不同,f相同,故λ不同.1．(多项选择)以下说法中正确的选项是()A．入射波的波长和反射波的波长相等B．入射波的波长大于折射波的波长C．入射波的波长小于折射波的波长D．入射波和折射波频率相同解析：选AD机械波在发生折射时,波的频率不变,但波速和波长都发生变化,但因介质不确定,无法确定入射波和折射波的波长大小关系,故B、C错误,D正确；因入射波和反射波在同一介质中,波速和频率均相同,因此,入射波的波长和反射波的波长相等,A 正确 .2．(多项选择)以下说法正确的选项是()A．波发生反射时,波的频率不变,波速变小,波长变短B．波发生反射时,频率、波长、波速均不变C．波发生折射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化D．波发生折射时,波的频率、波长、波速均发生变化解析：选BC波发生反射时是在同一介质中,频率、波长、波速均不变,选项A错误,B 正确；波发生折射时,介质改变,故波速发生变化,但频率由波源决定,波的频率不变,由v ＝λf可知波长也发生变化,选项C正确,D错误.3.如图12-5-3所示 ,1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线 ,那么( )图12-5-3A ．2与1的波长、频率相等 ,波速不等B ．2与1的波速、频率相等 ,波长不等C ．3与1的波速、频率、波长均相等D ．3与1的频率相等 ,波速、波长均不等解析：选D 波1、2都在介质a 中传播 ,故1、2的频率、波速、波长均相等 ,A 、B错 .波1、3是在两种不同介质中传播 ,波速不同 ,但波源没变 ,因而频率相等 ,由λ＝v f 得波长不同 ,故C 错 ,D 对 .1．(多项选择)以下说法中不正确的选项是( )A ．只有平面波的波面才与波线垂直B ．任何波的波线与波面都相互垂直C ．任何波的波线都表示波的传播方向D ．有些波的波面表示波的传播方向解析：选AD 不管是平面波 ,还是球面波 ,其波面与波线均垂直 ,选项A 错误 ,选项B 正确 ,波线表示波的传播方向 ,选项C 正确 ,D 错误 .2．(多项选择)以下对惠更斯原理的理解 ,正确的选项是( )A ．同一波面上的各质点振动情况完全相同B ．同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同C ．球面波是以波源为中|心的一个个球面D ．无论怎样的波 ,波线始终和波面平行解析：选ABC 根据惠更斯原理 ,介质中任一波面上的各点 ,都可以看做发射子波的波源 ,其后任意时刻 ,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面 ,同一波面上各质点的振动情况完全相同 ,选项A 正确；不同波面上质点的振动情况可能相同 ,选项B 正确；球面波是以波源为中|心的一个个球面,选项C正确；波线始终与波面垂直,选项D错误 .3．(多项选择)当人听到声音的频率越来越低时,可能的原因是()A．声源和人都是静止的,声源振动的频率越来越低B．人静止,声源远离人做匀速直线运动,声源振动的频率不变C．人静止,声源远离人做匀加速直线运动,声源振动的频率不变D．人静止,声源远离人做匀减速直线运动,声源振动的频率不变解析：选AC人听到的声音的频率越来越低,声源远离观察者,且远离的速度越来越大,也就是加速远离 .所以A、C正确.4．(多项选择)如图1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,以下关于女同学的感受的说法正确的选项是()图1A．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解析：选AD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,她都感到哨声音调变高；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.5．同一音叉发出的声波在水和空气中传播,某时刻的波形曲线如图2所示,以下说法正确的选项是()图2A．声波在水中波长较大,b是水中声波的波形曲线B．声波在空气中波长较大,b是空气中声波的波形曲线C．水中质点振动频率较高,a是水中声波的波形曲线D．空气中质点振动频率较高,a是空气中声波的波形曲线解析：选A波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同 .但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质 ,与波的频率无关 ,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度 .由v ＝fλ知 ,声波在水中的波长应较大 ,对应于题图中波形曲线b ,故只有A 正确 .6．在坐标原点的波源产生一列沿x 轴正方向传播的简谐横波 ,波速v ＝200 m/s ,t ＝0时波刚好传播到x ＝40 m 处 ,如图3所示 .在x ＝400 m 处有一接收器(图中未画出) ,那么以下说法正确的选项是( )图3A ．波源开始振动时方向沿y 轴正方向B ．从t ＝0开始经0.15 s ,x ＝40 m 的质点运动的路程为0.6 mC ．接收器在t ＝2 s 时才能接收到此波D ．假设波源向x 轴正方向运动 ,接收器收到的波的频率可能为9 Hz解析：选B 由题图知 ,x ＝40 m 处的质点的起振方向向下 ,那么波源的起振方向也向下(y 轴负向) ,A 错；由图知λ＝20 m ,A ＝10 cm ,T ＝λv ＝0.1 s ,而Δt 1＝0.15 s ＝32T ,所以x ＝40 m 的质点0.15 s 运动的路程为s ＝32×4A ＝6A ＝60 cm ＝0.6 m ,B 对；波由x ＝40 m 处传到x ＝400 m 处所需时间Δt ＝Δx v ＝360200s ＝1.8 s ,C 错 .当波源向x 轴正向运动时 ,波源将靠近接收器 ,此时接收器收到的波的频率将大于波源的频率 ,即接收频率将高于10 Hz ,D 错误 .7．有一辆汽车以15 m/s 的速度匀速行驶 ,在其正前方有一陡峭山崖 ,汽车鸣笛2 s 后司机听到回声 ,此时汽车距山崖的距离有多远 ?(v 声＝340 m/s)解析：画出汽车与声音运动过程示意图如下列图 .设汽车由A 到C位移为s 1 ,C 到山崖B 距离为s 2 ,设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t ,那么t ＝2 s .那么：s 1v 车＝s 1＋2s 2v 声＝t 解得s 2＝v 声t －s 12＝v 声t －v 车t 2＝(340－15)×22m ＝325 m .答案：325 m8.我国第24 次南极科考队经过长达13天,4 000多海里航行,已平安到达中|国南极长城站,在考察途中 "雪龙号〞(如图4所示)经历了各种考验,并进行了海冰观测、地磁观测、气象观测、极光及高空物理观测,在海面上航行时,它还不时地探测海洋的浓度,在它上面配有一种十分先进的声呐探测系统,其原理是：向海底发射超声波,超声波就会从海底反射回来,通过这种方式测海底深度,超声波在海水中认为是匀速直线运动,且知其速度为 1 400 m/s ,船静止时测量,从发射超声波到接收反射所用的时间为7 s ,试计算 "雪龙号〞所在位置的海水深度?图4解析：超声波的运行可认为匀速直线运动,那么传播距离为x＝v t＝1 400×7 m＝9 800m ,又因为海水深度为声波距离的一半,所以h＝x2＝9 8002m＝4 900 m .答案：4 900 m。