§12.5 多普勒效应

12.5 多普勒效应教学目标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．列举多普勒效应的应用实例教学重点多普勒效应及其原因教学难点多普勒效应的应用自主学习1．演示实验：蜂鸣器音调的变化将一个以电池做电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。

用竹竿把蜂鸣器举起后在头顶快速转动，听听它的声音有什么变化。

2．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。

人们把这种现象叫做多普勒效应。

3．要了解多普勒效应，可以做如下的模拟实验。

让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，假设每分钟有30个人从他身边通过，如图甲所示，这种情况下的“过人频率”是30人每分。

如果观察者逆着队伍行走，每分钟与观察者相遇的人数增加，也就是频率增加，如图乙所示；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低，如图丙所示。

4．定性解释多普勒效应（1）声音是由振动产生的，振动的频率决定声波的音调。

（2）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，是由观察者感受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。

（3）如图所示，当波源S和观察者A都不动，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数不变，观察者所接收到的频率等于声源发出的频率。

听到的是“原声原调”。

（4）如图所示，波源不动，观察者向波源由A点运动到B点，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，观察者所接收到的频率大于声源发出的频率；同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，观察者所接收到的频率小于声源发出的频率。

（5）如图所示，观察者不动，波源向右运动时，波源右方的波面变得密集，左方的波面变得稀疏，也就是说，波源右方的波长变短，左方的波长变长。

因此当观察者在波源右方时，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。

5多普勒效应考点一多普勒效应1．(多选)下列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；离你而去时，音调变低D．大风中，远处人的说话声时强时弱答案BC解析A项和D项中所说的现象是能量传递的问题，不是多普勒效应；B、C两项所发生的现象是多普勒效应．2．(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的频率发生了变化答案BD解析多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波、光波，故A 错误，B正确；产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动(距离发生变化)导致观察者接收的频率发生了变化，故C错误，D正确．3．(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐．当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调．以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是() A．观察者静止，火车向他驶来B．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动C．观察者静止，火车离他远去D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动答案CD解析根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高．当波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低．观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大．所以A、B错误，C、D正确．4．(多选)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1所示的水波图形，下列说法正确的是()图1A．振针向右移动B．振针向左移动C．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率小D．在A处的观察者，接收到的水波频率比振针的振动频率大答案AC解析振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者时，水波波长变长，观察者接收到的水波频率比振针的振动频率小，故A、C正确．5．(2019·北京朝阳区高二上期末)汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，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．其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，表明前车与无人车速度相同B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态C．当f′＞f时，表明前车在加速行驶D．当f′＜f时，表明前车在减速行驶答案 A解析当波源和观察者之间的距离不变时，观察者接收到的频率和波源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明两者之间的距离不变，表明前车与无人车的速度相同，但不一定静止，故A正确，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C错误；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D错误．考点二波的反射与折射6．关于波的反射与折射，下列说法正确的是()A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变答案 A解析入射波与反射波在同种介质中传播，波速相同，频率由波源决定，频率相同，由v＝λf 知波长相同，选项A正确，B错误；因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，选项C、D错误．7．(多选)以下关于波的认识，正确的是()A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的干涉D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象答案ABD解析潜艇探测周围物体利用了反射原理，A对；隐形飞机可以减少波的反射，B对；雷达工作原理利用了波的反射，C错；水波的传播方向发生变化，属于波的折射，D对．8．如图2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()图2A．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，频率变大答案 D解析当该汽车向测速监视器靠近时，波速由介质决定，所以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，声源与观察者距离减小时，接收的频率变高，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．9．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，被汽车反射回来的超声波的频率随汽车运动位移变化的图象，正确的是()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，汽车反射波的频率应该小于发出波的频率，所以选项D正确．10．(多选)如图3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()图3A．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，她都有靠近声源的趋势，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，她感到哨声音调变低，选项A、D 正确，B、C错误．11．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波，如果该波被轿车反射回来时，巡警车接收到的波的频率比发出时低．(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)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的频率应________．(填“偏高”或“偏低”)答案(1)C(2)偏高解析(1)巡警车接收到的波的频率比发出时低，此现象为多普勒效应．(2)若该轿车以20 m/s的速度行进，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应偏高．12．利用超声波可以探测鱼群的位置．在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，向选定的方向发射出频率f＝5.8×104 Hz的超声波后，经过时间t＝0.64 s接收到从鱼群反射回来的反射波．已知该超声波在水中的波长λ＝2.5 cm，求鱼群到渔船的距离是多少．(鱼群和渔船静止不动)答案464 m解析所发射的超声波在水中的传播速度为：v＝λf＝2.5×10－2×5.8×104 m/s＝1 450 m/s，超声波往返的路程为s＝v t＝1 450×0.64 m＝928 m，鱼群到渔船的距离为：x＝s2＝464 m.。

12.5多普勒效应班级：姓名：【自主学习】一、多普勒效应1、定义:，这样的现象叫做多普勒效应。

2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；如果二者相互远离，观察者接收到频率。

注意：发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到频率。

二、多普勒效应的成因1、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=Af，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.（图甲、乙、丙中的圆表示波峰）2、如图乙所示，波源不动，观察者向波源运动，在1s内由位置A移到B，虽然波源每秒仍发出20个完全波，但观察者每秒却接收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.3、如图丙所示，波源向右运动，观察者不动，波源由Sl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.三、多普勒效应的应用多普勒效应在生活、军事、航天、气象预报等领域有着广泛的应用.例如：(1)交通警察使用多普勒测速仪测定汽车的速度.(2)医学上用彩色超声多普勒心动仪诊断人体心脏、血管等部位的疾病(3）利用多普勒效应跟踪云层，进行气象预报.(4)利用多普勒效应测台风、海啸发出的次声波，对其进行研究.(5)天文学上用多普勒效应测量其他星系向着或背离地球运动的速度（6）军事上利用电磁波的多普勒效应跟踪目标（如飞机、导弹等），确定其距离、方位、速度等【典型例题】知识点一、多普勒效应例1以下关于多普勒效应的说法中正确的是( )A有多普勒效应时，波源的振动频率发生变化B.有多普勒效应时，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人与波源相对运动时，观察到的频率一定发生变化知识点二、发生多普勒效应的几种情况例2如图所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)波源正在向哪处移动()A．A B．B C．C D．D(3)观察到波的频率最低的位置是()A．A B．B C．C D．D知识点三、多普勒效应的应用例3下面哪些应用是利用了多普勒效应()A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B．交通警察向行进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．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去【学后自测】1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A．当波源与观察者有相对运动时，才会发生多普勒效应B．当波源与观察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应C．只有机械波才能发生多普勒效应D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应2、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 Hz3．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4波源振动的频率为f0，波源在介质中运动时，波源的前方介质振动的频率为f1，波源后方介质振动的频率为f2，则三者的关系为()A．f1＝f2＝f0 B．f1＝f2>f0 C．f1＝f2<f0D．f2<f0<f15．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。

多普勒效应多普勒效应Doppler effect是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。

主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。

在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。

波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。

根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。

1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。

一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。

他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。

发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。

这就是频移现象。

产生原因：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，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。

当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，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．多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波。

科学家爱德文·哈勃（Edwin Hubble）使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。

他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱的红端，称为红移，天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。

反之，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。