12.5多普勒效应

12.5多普勒效应

第五节多普勒效应

⾃主学⽬标1.知道什么是多普勒效应及其产⽣原因.

2.了解多普勒效应的应⽤.

3.知道什么是超声波，了解其应⽤.

知识点归纳

⼀、多普勒效应1.概念：由于波源和观察者之间有①，使观察者感到②的现象叫做多普勒效应.

2.产⽣原因

波源与观察者相对静⽌时，单位时间内通过观察者的波峰（密部）的数⽬与波源产⽣的波峰（密部）的数⽬③，观察者观测到的频率④波源振动的频率.

当波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰（密部）的数⽬⑤波源产⽣的波峰（密部）的数⽬，观察者观测到得频率⑥波源的频率.

当波源与观察者相互远离时，观察者观测到得频率

⑦波源的频率.

3.多普勒效应的应⽤

测量车辆的速度、测量天体运动、测量⾎液速度检查病变等.

⼆、超声波及其应⽤1.超声波：频率⾼于⑧ Hz的声波.

2.特点：由于频率⾼，与可闻声波相⽐，波长短，不容易发⽣⑨，⼏乎沿⑩传播.

3.应⽤：超声波加湿、击碎结⽯、超声波探测、B超等.提⽰：

①相对运动②频率发⽣变化③相等④等于⑤多于⑥⼤于

⑦⼩于⑧20000 ⑨衍射⑩直线

重难点解析

⼀、多普勒效应的产⽣

波源完成⼀次全振动，向外发出⼀个波长的波（完全波），频率表⽰单位时间内完成全振动的次数，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.观察者接收到得频率由单位时间内接收到的完全波的个数决定.1.波源和观察者相对静⽌时，观察者接收到的频率等于波源的频率.

2.波源和观察者相互远离时，观察者接收到得频率⼩于波源的频率.若为声波，⾳调变低.

3.波源和观察者相互靠近时，观察者接收到得频率⼤于波源的频率.若为声波，⾳调变⾼.

4.多普勒效应是波的特性，不仅机械波会产⽣，以后我们学习到的光波、电磁波都能够发⽣多普勒效应.

⼆、多普勒效应的⼏种情况

观察者（A）和波

源（s）的相对位

置波的图⽰观察结果相对静⽌

单位时间内通过

观察者的完全波

的个数不变，接

收频率不变

波源不动，观察

者运动

若观察者A→B，

接收频率⼩于波

源频率；若观察

者A→C，接收频

率⼤于波源频率

观察者不动，波

源运动

波源S1→S2观察

者接收到得频率

⼤于波源的频率

典型例题

例 1 当正鸣笛的⽕车向我们急驶⽽来时，我们听到的汽笛声的⾳调变⾼了，这是因为（）A.声源振动的频率变⼤了

B.声波传播的速度变⼤了

C.⽿膜振动的频率变⼤了

D.⽿膜振动的频率变⼩了【解析】声源接近观察者时，接收到的频率变⼤，⽿膜振动频率也变⼤.

【答案】C

例2 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的频率来判断遥远天体相对地球的运动速度

B.交通警察向⾏进中的汽车发射⼀个已知频率的电磁波，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

【解析】凡是波都可以发⽣多普勒效应，因此可以利⽤光波的多普勒效应测定遥远星体相对地球远离的速度，故A

正确。被反射回来的电磁波，相当于⼀个物体发出的电磁波，其频率发⽣变化，可以判断物体的运动速度，故B选项正确.对于C选项，铁路⼯⼈是根据振动的强弱⽽判断列车的运动，故不正确.炮弹飞⾏，与空⽓摩擦产⽣声波，⼈⽿接收到的频率与炮弹的相对运动⽅向有关，故D选项正确.

【答案】 ABD

新课标检测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了变化

C.多普勒效应是在波源与观察者之间相对运动时产⽣的

D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒⾸先发现的2．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远得多

D．“只闻其声不见其⼈”是声波的⼲涉现象

3．如图所⽰，向左匀速运动的⼩车发出频率为f的声波，车左侧A处的⼈感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的⼈感受到的声波的频率为f2，则()A．f1f

C．f1>f，f2>f D．f1>f，f2

4.频率⼀定的声源在空⽓中向着静⽌的接收器匀速运动．以v表⽰声源的速度，V表⽰声波的速度(v＜V)，f 表⽰接收器接收到的频率．若v增⼤，则() A．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5.关于次声波和超声波，以下说法中正确的是（）

A.频率低于20 Hz的声波为次声波，频率⾼于20 000 Hz 的声波为超声波

B.次声波的波长⽐可闻声波短，超声波的波长⽐可闻声波长

C.次声波的波速⽐可闻声波⼩，超声波的波速⽐可闻声波⼤

D.在同⼀种均匀介质中，在相同的温度条件下，次声波、可闻声波、超声波的波速均相等

6.如图所⽰，S为振源，P点有⼀个观察者.已知振源发声的频率为20 Hz，则关于⼈听到的声⾳的频率为（）

A.当振源S以17 m/s的速度远离观察者运动时，频率为

19 Hz

B.当振源S以17 m/s的速度靠近观察者运动时，频率为

19 Hz

C.当观察者以17 m/s的速度靠近振源S运动时，频率为

21 Hz

D.以上说法均不正确

7.如图由波源S发出的波某⼀时刻在介质平⾯中的情形，实线为波峰，虚线为波⾕，设波源频率为20 Hz，且不运动，⽽观察者在1 s内由A运动到B，观

察者接收到多少个完整波？设波速

为340 m/s，则要让观察者完全接收

不到波，他每秒要运动多少⽶？8.在光学⾥，也存在类似的多普勒效应，当光源和观察者相互远离时，测量到的光谱线的波长⽐相对静⽌时⼤，称为光谱的红移；当光源和观察者相互靠近时，测量到的谱线波长⽐相对静⽌时⼩，称为光谱的蓝移.远⽅星系均呈现光谱线的红移现象，其最⾃然的解释就是星系都远离我们⽽去，运动的速度称为退⾏速度.退⾏速度可以根据红移量即波长的相对改变量，由多普勒效应计算出来.退⾏速度和距离成正⽐，称为哈勃定律，即v=HD.v为星系的退⾏速度，D为星系与地球的距离，H为⼀常量，称为哈勃常量.为解释上述现象，有⼈提出⼀种理论，认为宇宙是从⼀个⼤爆炸的⽕球开始形成的.假设在爆炸后，各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中⼼，则速度越⼤的星体现在离我们越远，这⼀结果与上述天⽂观测⼀致.由上述理论与天⽂观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T=__________.根据近期观测，哈勃常数H=3×10-2 m/s·光年，其中光年是光在⼀年中⾏进的距离，由此估算宇宙年龄约为多少年.

课时训练1.关于多普勒效应，下列说法中正确的是（）

A.只有声波才有多普勒效应

B.光波也有多普勒效应

C.只有机械波才有多普勒效应

D.电磁波不能发⽣多普勒效应

2.下列关于多普勒效应的说法中，正确的是（）

A.只要波源在振动，就⼀定能观察到多普勒效应

B.当声源静⽌、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应

C.只要声源在振动，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

3.关于超声波和次声波，下列说法中正确的是（）

A.次声波和超声波都不能引起⼈类听觉器官的感觉

B.次声波和超声波都容易发⽣明显的衍射现象

C.次声波在传播过程中基本上是沿直线传播的

D.超声波在传播过程中基本上是沿直线传播的

4.如图所⽰，为⼀波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产⽣球⾯波的情形，则（）

A．该波源正在移向a点

B．该波源正在移向b点

C．在a处观察波的频率变低

D．在b处观察波的频率变低

5. 有经验的战⼠可以从炮弹飞⾏时的尖叫声判断炮弹的飞⾏⽅向，他所利⽤的应是（）

A. 声波的⼲涉现象B. 声波的衍射现象

C. 声波的多普勒效应

D. 声波的反射现象6．假如⼀辆汽车在静⽌时喇叭发出声⾳的频率是300Hz，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300Hz

B．当汽车向你驶来时，听到喇叭声⾳的频率⼩于300Hz

C．当汽车和你擦⾝⽽过后，听到喇叭声⾳的频率⼤于300Hz

D．当汽车和你擦⾝⽽过后，听到喇叭声⾳的频率⼩于300Hz 7.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

D.⽆法确定

8.超声波由于它具有不同于可闻声波的特性，在现代⽣产技术和科学研究中有许多重要应⽤，下列选项中，哪些属于超声波的应⽤（)A.探查⼏⽶厚⾦属内部的缺陷

B.把普通⽔变成雾⽓喷射到房间的空⽓中

C.探查⼈体内部的各种器官、组织等有⽆异常

D.进⾏⼈体按摩，治疗神经痛等疾患

9.有⼀种⽤钢丝操纵做圆周飞⾏的飞机模型，装有两冲程的活塞式发动机作为动⼒，操纵者站在圆⼼，在他听来发动机⼯作时发出的声⾳是平稳不变的.场边的观察者听到的声⾳忽⾼忽低地做周期性变化.

（1）这是由于____________；这种现象叫____________. （2）模型飞机的飞⾏速度是90 km/h，单缸发动机的转速是9000 r/min，则观察者听到的声⾳的最⾼频率是____________Hz，最低频率是____________Hz，操纵者听到的声⾳的频率是____________Hz.（设这时空⽓中的声速为340 m/s）10.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

__________________.

11.⽤声呐装置可以测量海洋的深度、探测潜⽔艇的位置或鱼群的距离等.⽤声呐测量海⽔的深度时，应垂直于⽔⾯向海底发射超声波，若超声波从发出到接收到回波的时间间隔为Δt=2.4 s，在海⽔中传播的速度为1 448 m/s，求海⽔的深度.12.正在报警的警钟每隔0.5s响⼀声，⼀个⼈正坐在以60km/h的速度向着警钟⾏驶的车中，已知声⾳在空⽓中的速度330m/s，则这个⼈每分钟内能听到⼏声警钟？