1、5多普勒效应目标导航 学习目标 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率之间的关系。2.知道什么是多普勒效应。3.了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。重点难点 1.理解多普勒效应。2.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别。激趣诱思空中飞机轰鸣声与多普勒效应某次韩国举行大规模防恐演习,动用多架空中轰炸机,人们根据飞机的轰鸣声就近躲到掩体防空洞。想一想他们根据什么物理原理来判断飞机飞来的方向?简答:多普勒效应。预习导引一、多普勒效应1.多普勒效应:波源与观察者互相靠近或者互相远离时,接收到的波的频率都会发生变化的现象。2.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
2、定的,观察者接收到的频率等于波源振动的频率。3.当波源与观察者相互靠近时,1 s 内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,接收到的频率增加;反之,当波源与观察者互相远离时,接收到的频率变小。预习交流1842 年的某一天,奥地利物理学家多普勒路过铁路交叉处时,恰逢一列火车从他身旁驶过,他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变高,而火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低。你知道这是为什么吗?答案:声源相对于观测者在运动时,观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时,声波的波长增加,音调变得低沉,当声源接近观测者时,声波的波长减小,音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。
3、这一比值越大,改变就越显著,后人把它称为“多普勒效应”。二、多普勒效应的应用1.测车辆速度:交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波频率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频率。然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,可得星球的速度。3.测血流速度:向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化,就可得血流速度。一、多普勒效应知识精要1.波源与观察者相对静止时,单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观察者感觉到的频率等于波源振动的频率。2.波源与观察者相互靠近时,
4、单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,观察者感觉到的频率大于波源的频率,即感觉到的频率增加。3.波源与观察者相互远离时,观察者感觉到的频率变小。思考探究1.声音的音调由什么来决定?2.多普勒效应中声源的频率发生变化了吗?答案:多普勒效应是在波源与观察者有相对运动时,观察者接收到的频率发生变化的现象。其实波源的频率并没有发生变化,只是观察者感受到的频率发生了变化。答案:由频率决定,频率大则音调高,频率小则音调低。3.产生多普勒效应的原因是什么?答案:声源完成一次全振动,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
5、全波的个数。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。(1)波源和观察者相对介质都静止观察者接收到的频率等于波源的频率。(2)波源和观察者距离发生相对变化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。典题例解【例 1】(多选)下列关于多普勒效应的说法中正确的是()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产生的D.多普勒效应是由奥地利物理学家
6、多普勒首先发现的思路分析:解答本题应从多普勒效应产生的原理入手分析。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,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,B 正确;此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的,选项 D 正确。答案:BCD迁移应用(多选)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,远离你而去时,音调变低D.大风中,远处人的说话声时强时弱解析:声波音调的高低由其频率决定,根据多普勒效应,当声源与观察者发生相对运动时,观察者听到的声音会变化,B、C
7、正确。声音的强弱由声波的能量决定,声源越近,声波能量越大,听起来越响亮,但音调不一定变化,A、D 项不是由多普勒效应造成的,故选择 B、C项。答案:BC二、多普勒效应的应用知识精要在日常生活中,有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声中判断火车的运动方向和快慢。同时,多普勒效应在科学技术中有着广泛的应用。1.多普勒测速仪。测速仪向行进中的汽车发射已知频率的超声波,超声波被运动的汽车反射回来时,测速仪接收到的频率发生变化,由此可知汽车的速度。2.根据多普勒效应可算出其他星球靠近或远离地球运动的速率。3.在医学方面,多普勒超声诊断仪可以测出血液的流动速度,从而诊断出病情。典题例解【例 2】公路巡警开车在
8、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超声波,结果该超声波被那辆轿车反射回来时,巡警车接收到的超声波频率比发出时低。(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 100 km/h,则该轿车是否超速?(3)若该轿车以 20 m/s 的速度行驶,反射回的频率应怎样变化?思路分析:观察者与波源相互远离,接收到的频率低于波源的频率,所以若接收到的频率低于波源的频率,可以推断观察者与波源相互远离;观察者与波源相互靠近,接收到的频率高于波源的频率,所以若接收到的频率高于波源的频率,可以推断观察者与
9、波源相互靠近。解析:(1)巡警车接收到的超声波频率比发出时低,此现象为多普勒效应,选项 C 正确。(2)因巡警车接收到的频率低,由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离,而巡警车车速恒定且在后面,可判断轿车车速比巡警车车速大,即大于 100 km/h,故该轿车超速。(3)若该轿车以 20 m/s 的速度行驶,由 20 m/sv3v2,可知 f1f3f2,故选项 A 正确。答案:A3.如图,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。该图表示的是()A.干涉现象B.衍射现象C.反射现象D.多普勒效应解析:图示波源左方的波面密集,右方的波面稀疏,可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况,选项 D 正确。答案:D4.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 f1、f2 与 f 的关系为 。解析:声源靠近 A 处的人,由多普勒效应知,他接收到的频率变大,即f1f;相反,声源远离 B 处的人,则他接收到的频率变小,即 f2ff2