1、4第5讲 多普勒效应次声波和超声波多普勒效应当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率有了差别，这种现象叫多普勒效应。两者相互接近时，接收到的频率升高；两者相互远离时，接收到的频率降低。在铁路附近人们会听到急驶而来的火车的鸣笛声音调高昂；火车驰去时，鸣笛声音调变得低沉，就是一例。这种现象是在1842年由奥地利物理学家多普勒加以解释的。波源与观察者的相对运动有三种情况：一种是波源静止在媒质中，观察者相对于媒质运动；第二种是观察着静止于媒质中，波源相对于媒质运动；第三种情况是波源与观察者都相对于媒质运动观测者接收到的频率 可用下式求出：。式中 是媒质中的波速，v是观察者相对于媒
2、质的速度（当观察者也向波源运动时，v取正值；当观察者远离波源运动时，v取负值。），u是波源相对于媒质的速度（当波源向观察者运动时，u取正值；当波源远离观察者运动时，u取负值。教师在线例1一列正在鸣笛的火车，高速通过某火车站站台的过程中，该火车站站台中部的工作人员听到笛声的频率（ ）A、变大B、变小C、先变大后变小D、先变小后变大例2交通警察静立于公路旁，手中的测速仪发出频率为f0=2500Hz的声波，一辆汽车以72km/h的速度迎面驶来，试求测速仪所接收到的反射波的频率。同步训练1我们骑自行车在公路旁向东走，一辆警车一边发出警报声，一边飞速地从东迎面驶来又飞速向西离去，这一过程中，我们听到的警
3、报声的变化将是（ ）A音调先高后低 B音调先低后高 C音调没有明显变化 D频率先高后低2如图1048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（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）波源正在移向（ ）A.A点 B.B点 C.C点 D.D点（3）观察到波的频率最低点是（ ）A.A点 B.B点 C.C点 D.D点3关于多普勒效应，下列说法中正确的是（ ）A当波源与观察者相对运动时，才会发生多普勒效应 B当波源与观察者相对静止时，才会发生多普勒效应C只有机械波能发生多普勒效应 D不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应4有一测速雷达，发射电磁波频
4、率为f1，想用它来测量一迎面开来的汽车的车速，设该雷达接收到的从汽车反射回来的反射波频率为f2，则（ ）A. f1f2 B. f1=f2 C. f1f2 D. 无法确定5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，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大于100km/h B小于100km/h C等于100km/h D无法确定6有一种用钢丝操纵做圆周飞行的飞机模型，装有活塞式发动机作为动力。操纵者站在圆心，在他听来飞机发动机工作时发出的声音是平衡不变的，场边观察者听到
5、的声音忽高忽低做周期性变化，这是由于 ，这种现象叫 。拓展尝新7经研究表明，光是一种电磁波，光波和一切波一样也具有波动性。在组成白光的七种单色光中，红光波长最长、频率最低，紫光波长最短、频率最高。20世纪20年代，美国天文学家哈勃观察恒星光谱时，发现所有恒星原定的谱线都向红光一端发生明显的偏移，这就是著名的“哈勃红移”。也就是说，既然光谱原定的频率的谱线向红端移动，就是观测到光的频率减小了。据你所学过的知识，请类比猜想这是光波的什么现象；并简单说明这一现象能否支持“宇宙是膨胀的”（即“宇宙大爆炸”）这一前沿理论？8一个观察者在铁路旁，当火车迎面开来时，他听到的汽笛声频率为f1=440Hz；当火
6、车驶过他身旁后，他听到的汽笛声频率为f2=392Hz，若空气中声速为340m/s，求火车的速度。v=19.6m/s次声波和超声波次声波和超声波（1）人耳能听到的声波的频率范围是有限的，大致在20Hz到20000Hz之间。频率低于20Hz的声波称为次声波，频率高于20000Hz的声波称为超声波。（2）特性和应用 次声波：次声波传播距离远、速度大于海浪传播速度和台风移动的速度，所以接收次声波可预报破坏性很大的海啸、台风。 超声波：超声波具有不可闻、穿透能力强、液压冲击大等特点，可广泛应用于现代生产技术、科学研究以及医疗卫生中。教师在线例1 有人把闹钟放在玻璃罩中，用抽气机抽出罩中的空气，最后听不到
7、闹钟铃声，装置如图所示，用自己的语言解释这一现象。例2利用超声波遇到物体发生反射，可测定物体运动的有关参量，如1050图(a)中仪器A和B通过电缆线驳接，B为超声波发射与接收一体化装置，而仪器A为B提供超声波信号源而且能将B接收到的超声波信号进行处理并在荧幕上显示其波形。现固定装置B，并将它对准匀速行驶的小车C，使其每隔固定时间T0发射一短促的超声波脉冲（如图b中幅度大的波形），而B接收到的由小车C反射波滞后的时间已在图b中标出，其中T和T为已知量，另外还知道该测定条件下声波在空气中的速度为v0，测根据所给信息可判断小车的运动方向为_（填“向左或”向右），速度大小为_。同步训练1每个人能听到的
8、声音的波长范围略有差异，如果某人只能听到波长为0.02m8.5m范围的声音，那么当声速为340m/s时，他能听到的声音的最低频率为 ，最高频率为 。2超声波在诊断、医疗和卫生工作中也有广泛的应用，我们去医院看病的时候，常会被医生要求去做“B超”检查，所谓“B超”，就是“超声波B型显示切面成像的方法”的简称，通过“B超”检测，可探查人体内部的各种器官、组织等有无异常。还可以确定肿瘤的有无、位置和大小等等，对此下列说法不正确的是（ ）A超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多 B超声波的穿透能力很强C超声波的波长较长，容易发生明显波的衍射现象 D临床医疗中，通过“B超”检测人体是利用波的反射
9、特性3有关超声波和次声波的下列说法中，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次声波能发生衍射现象，而超声波则不能发生C超声波探伤仪利用的是超声波穿透能力很强的原理D所谓B超就是超声波B型显示切面成像方法，是利用超声波的反射，来探查人体内部的各种器官、组织等有无异常4海豚有完善的声纳系统，它能在黑暗的海水中准确而快速地捕捉到食物，避开敌害，其效果远优于现代的无线电定位系统，这是利用海豚自身发出的超声波来完成的。海豚的声纳系统远远优于无线电定位系统，如雷达，这是因为（ ）A海豚发出的波比无线电传播的速度快，方向性好 B海豚发出的波比无线电波的频率高，抗干扰能力强C海豚发出的
10、波比无线电波的能量大，传播距离远 D海豚发出的波在水中能量衰减比无线电波少5下列超声波的应用是依据超声波的哪个重要性质？（1）利用超声波碎胆结石。 。（2）探查金属内部的缺陷。 。 （3）利用超声波将物体颗粒击碎，制造各种纳米材料。 。6如图 (a)是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图(b)中，P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔t=1.0s，超声波在空气中传播的速度是v=340m/s，若汽车在接收到P1、P
11、2两个信号之间的时间内前进的距离是_m，汽车的速度是_m/s。7台北消息：1999年9月21日凌晨，台湾南投地区发生了7.6级大地震，它是由台湾中部大茅双冬及车笼铺两块断层受到挤压，造成剧烈上升及平行移位而形成的.已知地震波分三种：纵波(P波)，速度vP=9.9km/s；横波(S波)，速度vS=4.5km/s；面波(L波)，速度vLvS，在浅源地震中破坏力最大。 (1)位于震源上方的南投地区某中学实验室内有水平摆A与竖直摆B(如图甲)，地震发生时最先剧烈振动的是哪个摆? (2)台中市地震观测台记录到的地震曲线假若如图乙所示，则由图可知a、b、c三种波形各对应于哪种地震波?若在曲线图上测得P波与
12、S波的时间差为7.6S，则地震台距震源(Z)多远?(3)假若地震P波沿直线传播到台中市时，当地地表某标志物振动方向沿图丙中ZT方向，测得某时刻该标志物的水平分位移x=23.1mm，竖直分位移y=0.4mm，试由此估算震源深度h.多普勒效应答案：教师在线：例1解：当声源向着静止的观察者运动时，声波的波长变短，观察者接收到的频率变大；当声源远离静止的观察者时，声波的波长变长，观察者接收到的频率变小。火车通过站台时，先靠近站台工作人员，然后又远离，所以选项C对。例2解：没汽车的运动速度为v=72km/h=20m/s，汽车接收到的波的频率为：波被汽车反射后相当于波源向观察者运动，所以交通警察接收到的声
13、波频率为：同步训练：1. AD2. (1)D (2)A (3)B3. AD4. C5. A6. 声源和观察者有相对运动，多普勒效应7. 略8. 略次声波和超声波答案：教师在线例1解：要清楚的解释这一现象，应从两个方面入手，一是听不到闹钟的铃声，是因为没有声波传播；二是传播机械波的必备条件之一弹性介质的存在。玻璃罩内被抽成真空，说明真空不能传播机械波。由绳索波的形成过程可知机械振动在介质中传播的机理质点间存在相互作用的弹力，罩中没有空气，铃声就不能对周围空间施力，周围空间就不能将铃的振动向外传播，故听不到声音。例2解：设小车向右运动的速度大小为v，超声波后一脉冲比前一脉冲多传播的距离为S，两次相邻脉冲到达小车的时间间隔内小车前进的路程为S，则，且S=2S。所以，解得：。同步训练1. 140Hz 17000Hz2.C 3.ACD 4.D5. (1)直线传播，能量集中 （2）穿透能力强 （3）高能量拓展尝新6. 17 17.97.（1）B；（2）a对应于纵波，b对应于横波，c对应于面波62.7km；（3）1.09km。