1、第5讲多普勒效应惠更斯原理 目标定位1.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象.2.知道什么是波面和波线.3.了解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象一、多普勒效应1定义：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，这种现象叫做多普勒效应2成因(1)波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察到的频率等于波源振动的频率(2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小3应用(1)测车辆速度；(2)测星球速度；(3)测血流速度
2、想一想当汽车远离观察者时，听到的汽车的声音越来越小，这种现象就是多普勒效应吗？答案不是多普勒效应指的是接收到的频率的变化情况，即音调的变化情况；而声音大小指的是响度二、惠更斯原理1波面和波线(1)波面：在波的传播过程中，任一时刻振动状态都相同的介质质点所组成的面波面为球面的波叫球面波，波面是平面的波叫平面波如图1251所示图1251(2)波线：与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线2惠更斯原理(1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面(2)应用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以
3、得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向一、对多普勒效应的理解1多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应2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的频率3当波源与观察者相互接近时，f观察者变大，音调变高如图1252甲中波源S不动，观察者A向B运动和图乙中观察者A不动，波源由S1向S2运动；当波源与观察者相互远离时，f观察者变小，音调变低，如图甲中波源S不动，观察者A向C运动图1252【例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有相对运动时
4、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解析当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，故选项C正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A错误，选项B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，故选项D正确答案BCD借题发挥判断观察者接收的频率是怎么样变化的，就是看波源与观察者间的相对运动情况【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
5、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具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可测定遥远星体相对地球远离的速度，故A选项正确；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，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B选项正确；对于C选项，铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动情况做出判断的，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二、对惠更斯原理的理解1惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源波源的频率与子
6、波波源的频率相等2波线的指向表示波的传播方向3在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直4球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线5利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系【例3】关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是()A同一波面上的各质点振动情况完全相同B同一波面上的各质点振动情况可能不相同C球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D无论怎样的波，波线始终和波面垂直解析按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A对，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确答案ACD三、对
7、波的反射与折射的理解1波的反射：反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同2波的折射：在波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变3波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同的介质中的传播速度不同【例4】下列说法正确的是()A波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短B波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变C波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化D波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化解析波发生反射时，波在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，选项A错误，选项B正确；波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以波的频率不变，由公式
8、vf可知，波长发生变化，选项D错误，选项C正确答案BC对多普勒效应的理解及应用1根据多普勒效应，下列说法正确的是()A当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定发生变化B当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低C当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高D当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低解析当波源与观察者的相对距离减小时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数增多，即观察者接收到的频率比波源发出的频率高；当二者的相对距离增大时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即观察者接收到的频率比波源发出的频率
9、低当波源与观察者有相对运动，但距离不变时(如圆周运动)，则不会出现多普勒效应，选项A错误；当波源与观察者同向运动时，二者的距离可能增大，也可能减小，也可能不变，选项B错误；当波源与观察者相向运动时，二者的相对距离减小，故选项C正确；当波源与观察者反向运动时，二者的相对距离增大，D正确答案CD2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/hC等于100 km/h D无法确定解析该题考查对发
10、生多普勒效应的原因分析由多普勒效应知，巡警车接收到的频率低了，即观察者接收到的频率低了，说明轿车和巡警车在相互远离，而巡警车速度恒定，因此可以判定轿车的速度比巡警车速度大，故A正确答案A对惠更斯原理的理解3下列关于惠更斯原理的说法正确的是()A惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象B惠更斯原理能够解释波的衍射现象C介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源D惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小的关系解析惠更斯原理解释了波的传播方向上的问题，所以能够解释波的反射现象和折射现象，故A正确；同样对波的衍射现象，惠更斯原理也可以解释，但不能解释衍射现象与孔或障碍物大小的关系，故B正确，D
11、错误；由惠更斯原理可知，C正确答案ABC波的反射与折射4.图1253如图1253所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()A2与1的波长、频率相等，波速不等B2与1的波速、频率相等，波长不等C3与1的波速、频率、波长相等D3与1的频率相等，波速、波长均不等解析反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等，故A错，B错；折射波的波长、波速与入射波都不等，但频率相等，故C错，D正确答案D题组一多普勒效应1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；驶离你而去时，音调变低D大风中，远处人的说话声时强时弱解析A项和D项中所说的
12、现象是能量传播的问题，不是多普勒效应B、C两项所发生的现象是多普勒效应答案BC2关于多普勒效应，下列说法中不正确的是()A发生多普勒效应时波源的频率保持不变B要发生多普勒效应，波源和观察者间必须有相对运动C只有声波会发生多普勒效应D机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应解析多普勒效应是一种现象，发生多普勒效应时，波源的频率没有发生改变，波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率发生变化，而且机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应答案C3如图1254，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是()图1254A振针向右移动B振针向左移动C在A处
13、的观察者，接收到的水波频率变小D在A处的观察者，接收到的水波频率变大解析振针(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；由于声源远离观察者时，声波波长变长，观察者接收到的频率变小，故答案选AC.答案AC4医院通过彩超对人体进行体检时，彩超机向人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速这一技术主要体现了哪一种物理现象()A多普勒效应 B波的衍射C波的干涉 D共振解析彩超机是利用超声波的多普勒效应而制成的仪器答案A5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
14、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()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正确答案D6如图1255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1255A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
15、同学向左运动时，她感到音调变低，选项A、D正确，B、C错误答案AD7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，如果该电磁波被轿车反射回来时，警车接收到的电磁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，反射回的频率应怎样变化？解析(1)巡警车接收到的电波的频率比发出时低，此现象为多普勒效应(2)若该车以20 m/s的速度行进，此时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答案(1)C(2)偏高题组二惠更斯原理8下列说法正确的是()A
16、波线表示波的传播方向B波面表示波的传播方向C只有横波才有波面D波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面解析波线表示波的传播方向，故A正确，B错误；所有的波都具有波面，故C错误；由惠更斯原理可知，D正确答案AD9下列说法中正确的是()A根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源B惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理就可以确定波的传播方向D惠更斯原理不但可以解释波的直线传播，还可以解释波的反射与折射等相关现象解析惠更斯原理将介质中任一波面上的各点看做发射子波的波源，可以解释波传播中的包括反射、
17、折射在内的传播规律，故A、D正确答案AD题组三波的反射与折射10声波从声源发出，在空中向外传播的过程中()A波速在逐渐变小 B频率在逐渐变小C振幅在逐渐变小 D波长在逐渐变小解析根据惠更斯原理知，声波从声源发出后，在空中向外传播的过程中，形成了以波源为中心的波面，面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面形成包络面，即为新波面，但声源提供的能量一定，在形成新的波面后，总能量不变，但每个新波面获得的能量减少，故在波的传播过程中振幅逐渐减少，故应选C.答案C11一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则()A声波频率不变，波长变小B声波频率不变，波长变大C声波频率变小，波长变大D声波频率变大
18、，波长不变解析该题考查波在发生折射时，波速、波长、频率是否变化的问题由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，故C、D错；又因波在水中速度较大，由公式vf可得，波在水中的波长变大，故A错，B正确答案B题组四综合应用12下列物理现象中：(1)春天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；(2)“闻其声而不见其人”；(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；(4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高这些物理现象分别属于波的()A反射、衍射、干涉、多普勒效应B折射、衍射、多普勒效应、干涉C反射、折射、干涉、多普勒效应D衍射、折射、干涉、多普勒效应解析
19、春天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，属于声波的反射；“闻其声而不见其人”属于声波的衍射；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应正确选项是A.答案A13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f5.8104 Hz的超声波后，经过时间t0.64 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2.5 cm，求鱼群到渔船的距离是多少(鱼群静止不动)解析所发射的超声波在水中的传播速度为：vf2.51025.8104 m/s1 450 m/s，超声波往返的路程为svt1 4500.64 m928 m，渔船到鱼群的距离为：s1s/2464 m.答案464 m14一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；(2)声波在这种介质中的传播速度解析(1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由vf得f Hz1 360 Hz.(2)因频率不变，有，得：vv340 m/s1 088 m/s.答案(1)1 360 Hz(2)1 088 m/s