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5多普勒效应,多普勒效应及应用1.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_都会发生变化的现象。,频率,2.多普勒效应产生的原因:(1)当波源与观察者相对静止时,1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是_的,观察者观察到的频率_波源振动的频率。(2)当波源与观察者相向运动时,1s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远离时,观察到的频率_。,一定,等于,增加,增加,变小,3.应用:(1)测车辆速度:交通警车向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量_,根据_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_。然后与地球上这些元素_时发光的频率对照,可得星球的速度。,反射波的频率,反射波频率,频,率,静止,(3)测血流速度: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_,就可得血流速度。,频率已知,反射,频率变化,【预习诊断】1.请判断下列说法的正误。(1)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于地球的运动速度。()(2)铁路工人用耳贴在铁轨上判断火车的运动情况是利用多普勒效应。(),(3)有经验的战士从炮弹飞行的声音判断飞行的炮弹是接近还是远去。()(4)交警向行驶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时,根据接收到的波的频率发生的变化,就可知汽车的速度,以便于交通管理。()(5)多普勒效应的发生是因为波源的振动频率发生了变化。(),提示:(1)。凡是波都具有多普勒效应,因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远天体相对于地球的运动速度。(2)。铁路工人根据铁轨传导声音的速度大于空气的传播速度而对火车的运动作出判断,不是利用多普勒效应。,(3)。炮弹飞行,与空气摩擦产生声波,人耳接收到的波的频率与炮弹的相对运动方向有关。(4)。被反射的电磁波,相当于一个运动的物体发出的电磁波,其频率发生变化,由多普勒效应可求出运动物体的速度。(5)。多普勒效应的发生是波源与观察者有相对运动时,观察者接收到波的频率发生变化,而波源的频率不变。,2.(多选)关于多普勒效应,下列说法中正确的是()A.设波源相对介质不动,观察者远离波源,则接收到的机械波的频率减小B.设波源相对介质不动,观察者靠近波源,则接收到的机械波的频率增大,C.设观察者相对介质不动,波源接近观察者时,观察者接收到的机械波的频率减小D.设观察者相对介质不动,波源远离观察者时,观察者接收到的机械波的频率增大,【解析】选A、B。产生多普勒效应的条件:观察者与波源有相对运动,观察者接收到的波的频率发生变化,两者靠近,接收到的波的频率增大,远离时,接收到的波的频率减小,但波源的频率不变,故A、B对,C、D错。,3.(多选)甲为声源,发出声波,乙为接收者,接收到甲发出的声波,若甲、乙在沿着两者连线的方向运动(速度都不超过声波),则下列说法中正确的是()A.若甲、乙两者相互靠近,则乙收到的声波频率一定比甲发出的高B.若甲、乙两者向同一方向运动,则乙收到的声波频率一定比甲发出的低,C.若甲、乙两者向同一方向运动,则乙收到的声波频率一定比甲发出的高D.若甲静止,乙向甲运动,则乙收到的声波频率一定比甲发出的高,【解析】选A、D。两者距离的变化是解决此题的关键。若甲、乙靠近,则乙收到的声波频率一定比甲发出的高,故A、D对;若甲、乙远离,则乙收到的声波频率一定比甲发出的低,甲、乙两者向同一方向运动,它们之间的距离可能增大,也可能减小,也可能不变,故乙收到的声波频率相对于甲发出的声波频率的高低不确定,故B、C错。,知识点一波源频率、接收频率和音调的理解探究导入:由于波源匀速运动,产生的波的多普勒效应图样如图所示。则观察者在A处接收到的波的频率等于波源振动的频率吗?,提示:大于波源的频率。,【归纳总结】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,频率高则音调高,频率低则音调低。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。,【典题过关】【典例】(多选)关于多普勒效应,下列说法中正确的是()A.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率和波源的频率都变化了B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生了变化,但波源的频率不变,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,它适用于一切波,【正确解答】选B、C、D。该题考查对多普勒效应的理解。当声源和观察者之间有相对运动时,会发生多普勒效应,C正确;多普勒效应产生的本质是观察者接收到的频率不等于波源频率,波源的频率并没有发生变化,故A错,B对;它是由奥地利物理学家多普勒首先发现的,故D正确。,【过关训练】1.关于多普勒效应,下列说法中正确的是()A.只有机械波才能发生多普勒效应B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率总是高于波源的频率C.产生多普勒效应的原因是波源的频率发生变化D.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率可能高于波源的频率,也可能低于波源的频率,【解析】选D。多普勒效应适用于一切波,故A错;产生多普勒效应,此时观察者接收到的频率发生变化,但波源的频率不变,若两者相互靠近,接收到的频率高于波源的频率,若两者远离,接收到的频率低于波源的频率,故B、C错,D正确。,2.(多选)如图所示是一个机械波的波源S做匀速运动的情况,图中的圆表示机械波的波面,A、B、C、D是四个观察者的位置,由图可以看出()A.波源正在向A运动B.波源正在向C运动C.处在B点的观察者接收到的波的频率最低D.处在A点的观察者接收到的波的频率最高,【解析】选A、C、D。由图可知:波源正在向A运动,故处在A点的观察者接收到的波的频率最高,处在B点的观察者接收到的波的频率最低,故A、C、D对,B错。,【补偿训练】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v2v1。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_。,【解析】由于v2v1,所以汽车和甲的相对距离减小,甲听到的频率变大,即f1f0。由于乙静止不动,汽车和乙的相对距离增大,乙听到的频率变小,即f2f0。由于司机和声源相对静止,所以司机听到的频率不变,即f3=f0,综上所述,三人听到笛声的频率由高至低依次为f1、f3、f2。答案:f1、f3、f2,知识点二多普勒效应产生的原因分析探究导入:美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验。科学家发现,当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加,卫星向远地点运动时返回的信号频率降低。,(1)波源的频率由谁决定?(2)观察者接收到的频率与哪些因素有关?提示:(1)由波源决定。(2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关。,【归纳总结】1.相对位置变化与频率的关系(规律):,2.成因归纳:根据以上分析可以知道,发生多普勒效应时,一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。,【典题过关】【典例】公路巡警开车在高速公路上以100km/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,结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。,(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100km/h,则轿车是否超速?(3)若轿车以20m/s的速度行进,反射回的频率应怎样变化?,【正确解答】(1)选C。巡警车接收到的电磁波频率比发出时低,此现象为多普勒效应。(2)因巡警车接收到的频率变低,由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离,而巡警车车速恒定又在后面,可判断轿车车速比巡警车车速大,故轿车超速。,(3)若轿车以20m/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变高。答案:(1)C(2)超速(3)变高,【过关训练】1.(多选)关于多普勒效应的应用,下列说法中正确的是()A.星系谱线的“红移”现象B.利用多普勒效应可以从火车的笛声中判断出运动方向,C.利用多普勒效应可以判断遥远的天体相对地球的运动速度D.目前在技术上人们只能应用声波发生的多普勒效应,【解析】选A、B、C。A、B、C是多普勒效应的三个应用,多普勒效应在光波、声波、电磁波等都有应用,故D错。,2.(多选)(2018宁德高二检测)假如某一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率为400Hz,在汽车向你驶来又擦身而过的过程中,下列说法中正确的是()A.当汽车向你驶来时,你听到喇叭声音的频率可能等于300HzB.当汽车向你驶来时,你听到喇叭声音的频率可能等于500Hz,C.当汽车与你擦身而过后,你听到喇叭声音的频率可能等于300HzD.当汽车与你擦身而过后,你听到喇叭声音的频率可能等于500Hz,【解析】选B、C。当汽车向你靠近,你听到声音的频率增大,故A错,B对;当汽车与你远离时,你听到声音的频率减小,故C对,D错。,【规律方法】多普勒效应的判断方法(1)确定研究对象。(波源与观察者)(2)确定波源与观察者是否有相对运动。若有相对运动,能发生多普勒效应,否则不发生。(3)判断:当两者远离时,观察者接收到的波的频率变小,靠近时观察者接收到的波的频率变大,但波源的频率不变。,【拓展例题】考查内容:生活中的多普勒效应【典例】如图所示,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20Hz,且不运动,而观察者在1s内由A运动到B,观察者接收到多少个完全波?设波速为340m/s,则要让观察者完全接收不到波,他每秒要运动多少米?,【正确解答】观察者在单位时间内接收到的完全波的个数就等于观察者接收到的频率。如果观察者不动,则1s内,观察者接收的完全波的个数应为20个,然而当观察者从A运动到B的过程中,由题图可知所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个,即他只接收到19个完全波。要想让观察者完全接收不到波,他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源。由s=vt得s=3401m=,340m,即观察者每秒要远离波源340m。答案:19个340m,
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