高中物理 第2章 机械波 第4节 多普勒效应及其应用教案 鲁科版选修34

第4节 多普勒效应及其应用课堂互动三点剖析一、多普勒效应 如图2-4-1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=f，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2-4-1 图2-4-1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. 如图2-4-1中C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.【例1】下列关于多普勒效应的说法，正确的是（ ）A.只有声波才能发生多普勒效应B.当观察者靠近声源时，听到声音的音调升高，说明声源的频率升高了C.当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时，不会发生多普勒效应D.火车离站时，站台上的旅客听到火车的汽笛声音调降低解析：多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应，选项A错.发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接收到的频率发生了变化，选项B错.当波源和观察者以相同的速度运动时，两者之间无相对运动，不会发生多普勒效应，选项C正确.火车离站时与站台上的旅客相对远离，旅客听到的音调降低，选项D正确.正确选项是C、D.答案：CD二、多普勒效应的定量分析v1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v1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v1T，故对R来说，波长缩短了v1T，即=-v1T=v/f-v1/f=（v-v1）/f，观察者接收（感觉）到的频率为f=f，当波源S以速度v1远离观察者时，f=f.2.若波源S不动，观察者R以速度v2向S运动，经时间t向S运动了v2t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=（1+）f；观察者以速度v2远离波源S时，f=（1-）f.【例2】以速度u=20 m/s奔驰的火车，鸣笛声频率为275 Hz，已知常温下空气中的声速v=340 m/s.（1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？（2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？解析：（1）观察者相对介质静止，波源以速度u向观察者运动，以介质为参考系，波长将缩短为=vT-uT=（v-u）T,则观察者观察到的频率为f=f=275 Hz=292 Hz.（2）同上述分析，观察者观察到的频率为f=f=275 Hz=260 Hz.答案：（1）292 Hz （2）260 Hz各个击破类题演练1当你站在车站里时，听到进站火车的汽笛声与出站火车的汽笛声有何不同？解答：听到进站火车的汽笛声越来越高；而出站的火车汽笛声越来越低.变式提升1音叉发出的声音逐渐变弱的过程中，下列说法不正确的是（ ）A.声速逐渐变小 B.频率逐渐变低 C.波长逐渐变小 D.周期逐渐变短解析：本题的四个选项都不正确，声音逐渐变弱是因为振幅逐渐减小.因为把音调高低与声音的强弱混淆了，所以容易少选了B.答案：ABCD类题演练2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.解析：响声在空气中的间隔类似于一个波长为=3200.5 m=160 m的波，人与声音的相对速度v=（320+）m/s=m/s，由f=Hz=Hz，所以n=ft=300=631（次）.答案：631次变式提升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f1=440 Hz；当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声的频率f2=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f0.解析：设火车的速度为u，声速为v.当火车靠近时，声波的波长被压缩为=vT-uT=，观察者听到的频率f1=f0即440=f0同理，当火车远离时，有392=f0联立解得：u=19.0 m/s，f0=415 Hz.答案：19.0 m/s 415 Hz6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375