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5．多普勒效應(yīng)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1．知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。2．培養(yǎng)利用控制變量法探究問(wèn)題的能力。 3．了解多普勒效應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。
[教用·問(wèn)題初探]——通過(guò)讓學(xué)生回答問(wèn)題來(lái)了解預(yù)習(xí)教材的情況
問(wèn)題1　當(dāng)車(chē)從你身邊疾馳而過(guò)的時(shí)候，鳴笛的音調(diào)會(huì)如何變化？
問(wèn)題2　如果用竹桿拴著蜂鳴器運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生？
　多普勒效應(yīng)
【鏈接教材】　如人教版教材P79圖3.5-1所示：將一個(gè)以電池為電源的蜂鳴器固定在長(zhǎng)竹竿的一端，閉合開(kāi)關(guān)后聽(tīng)一聽(tīng)它發(fā)出的聲音。請(qǐng)一位同學(xué)用竹竿把蜂鳴器舉起并在頭頂快速轉(zhuǎn)動(dòng)。
問(wèn)題1　在幾米外聽(tīng)到蜂鳴器的音調(diào)有何不同？
提示：聽(tīng)到的蜂鳴器的音調(diào)忽高忽低。
問(wèn)題2　實(shí)際上蜂鳴器的音調(diào)會(huì)變化嗎？
提示：實(shí)際上蜂鳴器的音調(diào)不會(huì)變化。
問(wèn)題3　聽(tīng)到的音調(diào)發(fā)生變化的原因是什么？
提示：蜂鳴器與觀察者之間的相對(duì)位置變化，觀察者聽(tīng)到的頻率發(fā)生變化。
【知識(shí)梳理】　
1．定義：波源與觀察者相互靠近或遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。
2．產(chǎn)生原因
(1)波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察者觀測(cè)到的頻率變大。
(2)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目減少，觀察者觀測(cè)到的頻率變小。
提醒：無(wú)論波源與觀察者間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是否發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源發(fā)出的波的頻率不變，改變的僅是接收的波的頻率。
【思考討論】
問(wèn)題　只要觀察者與波源發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？
提示：不對(duì)，如果觀察者繞著波源做圓周運(yùn)動(dòng)，雖然兩者間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但觀察者接收的頻率與波源發(fā)出的頻率依然相等，并未發(fā)生多普勒效應(yīng)。
【知識(shí)歸納】　
1．多普勒效應(yīng)的成因：發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2．相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)
相對(duì)位置 圖示 結(jié)論
波源S和觀察者A相對(duì)靜止，如圖所示 f波源＝f觀察者，音調(diào)不變
波源S不動(dòng)，觀察者A運(yùn)動(dòng)，由A→B或A→C，如圖所示 若靠近波源，由A→B，則f波源＜f觀察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f波源>f觀察者，音調(diào)變低
觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)動(dòng)，由S→S2，如圖所示 f波源＜f觀察者，音調(diào)變高
【典例1】　(多普勒效應(yīng)問(wèn)題分析)如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)的情況，圖中的圓表示波峰。
(1)該圖表示的是(　　)
A．干涉現(xiàn)象
B．衍射現(xiàn)象
C．反射現(xiàn)象
D．多普勒效應(yīng)
(2)波源正在移向(　　)
A．A點(diǎn)　　 B．B點(diǎn)
C．C點(diǎn) 　 D．D點(diǎn)
(3)觀察到的波的頻率最低的點(diǎn)是(　　)
A．A點(diǎn) 　 B．B點(diǎn)
C．C點(diǎn) 　 D．D點(diǎn)
思路點(diǎn)撥：本題主要是對(duì)多普勒效應(yīng)的分析，判斷問(wèn)題時(shí)必須明確以下幾點(diǎn)：(1)常見(jiàn)的波動(dòng)現(xiàn)象有哪些；(2)怎樣根據(jù)波形判斷波源的移動(dòng)方向；(3)波源的移動(dòng)對(duì)觀察到的波的頻率有何影響。
[解析]　(1)由于題圖所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知該圖表示的是多普勒效應(yīng)中波源運(yùn)動(dòng)的情況，即D選項(xiàng)正確。
(2)由于波源左方的波長(zhǎng)被壓縮，右方的波長(zhǎng)被拉長(zhǎng)，可知波源正在移向A點(diǎn)，即A選項(xiàng)正確。
(3)由于波源遠(yuǎn)離B點(diǎn)，由題圖分析可知在B點(diǎn)觀察到的波的頻率最低，即B選項(xiàng)正確。
[答案]　(1)D　(2)A　(3)B
　多普勒效應(yīng)的判斷方法
(1)確定研究對(duì)象(波源與觀察者)。
(2)確定波源與觀察者是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則發(fā)生多普勒效應(yīng)；否則不發(fā)生。
(3)判斷：當(dāng)兩者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變小；當(dāng)兩者靠近時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率均不變。
【典例2】　(由多普勒效應(yīng)判斷頻率變化)春節(jié)假期，小明坐在沙發(fā)上用電視機(jī)觀看某科幻電影，情節(jié)緊張刺激、扣人心弦，與此同時(shí)，來(lái)訪的親友快步向客廳走來(lái)，小明的家長(zhǎng)快步前去迎接，對(duì)于電視機(jī)發(fā)出的聲音，小明聽(tīng)到的聲音頻率為f1，來(lái)訪的親友聽(tīng)到的聲音頻率為f2，小明的家長(zhǎng)聽(tīng)到的聲音頻率為f3，則下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．f1>f2>f3 　 B．f2>f3>f1
C．f2>f1>f3 　 D．f3>f2>f1
C　[設(shè)電視機(jī)發(fā)出聲音的頻率為f0，由題意可知小明相對(duì)于電視機(jī)靜止不動(dòng)，則有f1＝f0，來(lái)訪的親友相對(duì)在靠近電視機(jī)，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知f2>f0, 小明的家長(zhǎng)相對(duì)在遠(yuǎn)離電視機(jī)，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知f3f1>f3，故選C。]
　多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
1．測(cè)量汽車(chē)速度：交通警察向行進(jìn)中的車(chē)輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車(chē)輛的速度。
2．測(cè)星球速度：測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，可得星球的速度。
3．測(cè)血液流速：向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。
【思考討論】　利用如圖所示的衛(wèi)星跟蹤站，人們可以跟蹤人造地球衛(wèi)星。
問(wèn)題1　人們?cè)鯓永眯l(wèi)星跟蹤站觀測(cè)衛(wèi)星？
提示：一旦衛(wèi)星經(jīng)過(guò)跟蹤站上空，地面接收到的信號(hào)頻率就會(huì)先增大后減小，人們根據(jù)接收到的信號(hào)頻率變化來(lái)觀察衛(wèi)星。
問(wèn)題2　人們發(fā)現(xiàn)星球光譜的頻率在變小，說(shuō)明什么問(wèn)題？
提示：說(shuō)明星球正在遠(yuǎn)離地球。
【典例3】　(多普勒效應(yīng)的應(yīng)用)(多選)下面實(shí)例中利用了多普勒效應(yīng)的是(　　)
A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來(lái)判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度
B．交通警察向行進(jìn)中的汽車(chē)發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)反射回來(lái)時(shí)，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就可知汽車(chē)的速度，以便于交通管理
C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況
D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去
ABD　[利用光波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度，A選項(xiàng)正確；被反射的電磁波相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)可求出運(yùn)動(dòng)物體的速度，B選項(xiàng)正確；鐵路工人根據(jù)鐵軌振動(dòng)的強(qiáng)弱而非頻率的高低來(lái)對(duì)列車(chē)的運(yùn)動(dòng)做出判斷，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；炮彈飛行時(shí)與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，D選項(xiàng)正確。]
1．(多選)關(guān)于下列圖中的物理現(xiàn)象，描述正確的是(　　)
A．甲圖，水波由深水區(qū)傳播至淺水區(qū)，傳播方向改變，屬于波的反射現(xiàn)象
B．乙圖，兩列同頻率的水波在空間疊加，部分區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，屬于波的干涉現(xiàn)象
C．丙圖，用竹竿舉著蜂鳴器快速轉(zhuǎn)動(dòng)，聽(tīng)到蜂鳴器頻率發(fā)生變化，屬于波的多普勒效應(yīng)
D．丁圖，水波穿過(guò)障礙物間的狹縫后，形成明暗相間的條紋，屬于波的干涉現(xiàn)象
BC　[題圖甲中水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；題圖乙中兩列同頻率的水波在空間疊加，部分區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，屬于波的干涉現(xiàn)象，故B正確；題圖丙中，用竹竿舉著蜂鳴器快速轉(zhuǎn)動(dòng)，聽(tīng)到蜂鳴器頻率發(fā)生變化，屬于波的多普勒效應(yīng)，故C正確；題圖丁中，水波穿過(guò)障礙物間的狹縫后，能傳播至兩側(cè)區(qū)域，屬于波的衍射現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。故選BC。]
2．(多選)如圖所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來(lái)回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)感受到聲音變化的說(shuō)法正確的是(　　)
A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高
B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高
C．女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)不變
D．女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變低
AD　[由題圖可知，女同學(xué)蕩秋千的過(guò)程中，只要她有向右的速度，她就在靠近聲源，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她接收到的哨聲頻率變高，音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感受到音調(diào)變低，A、D正確，B、C錯(cuò)誤。]
3．如圖所示，向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)發(fā)出頻率為f的聲波，車(chē)左側(cè)A處?kù)o止的人感受到的聲波的頻率為f1，車(chē)右側(cè)B處?kù)o止的人感受到的聲波的頻率為f2，則(　　)
A．f1＜f，f2＜f　　　　
B．f1＜f，f2＞f
C．f1＞f，f2＞f
D．f1＞f，f2＜f
D　[由題意可知，聲源靠近A處的人，由多普勒效應(yīng)可知，A處的人接收到聲波的頻率變大，即f1>f；同理可知B處的人接收到聲波的頻率變小，即f2回歸本節(jié)知識(shí)，完成以下問(wèn)題：
1．為什么會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)現(xiàn)象？
提示：觀察者與波源存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率發(fā)生變化了嗎？
提示：沒(méi)有變化。
3．多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生與觀察者距波源的遠(yuǎn)近有關(guān)嗎？
提示：無(wú)關(guān)。
宇宙學(xué)中的多普勒效應(yīng)
20世紀(jì)20年代，美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗在研究遠(yuǎn)處的旋渦星云發(fā)出的光譜時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了光譜的紅移，認(rèn)識(shí)到了旋渦星云正快速遠(yuǎn)離地球。1929年哈勃根據(jù)光譜紅移總結(jié)出著名的哈勃定律：星系的遠(yuǎn)離速度v與距地球的距離r成正比，即v＝H0r，H0為哈勃常數(shù)。根據(jù)哈勃定律和后來(lái)更多天體光譜紅移的測(cè)定，人們相信宇宙在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一直在膨脹，宇宙的密度一直在變小。反推可以想象，宇宙在很久以前并沒(méi)有現(xiàn)在這么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫和他的同事們提出了大爆炸宇宙模型，認(rèn)為是一個(gè)極點(diǎn)大爆炸后，經(jīng)長(zhǎng)期地膨脹和演化而形成今天的宇宙。20世紀(jì)60年代以來(lái)，大爆炸宇宙模型逐漸被人們接受。
具有波動(dòng)性的光也會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，這被稱(chēng)為多普勒—斐索效應(yīng)，它使人們對(duì)距地球任意遠(yuǎn)的天體的運(yùn)動(dòng)的研究成為可能，這只要分析一下接收到的光的頻譜就行了。1868年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯用這種辦法測(cè)量了天狼星的視向速度(即物體遠(yuǎn)離我們的速度)，得出了46 km/s 的速度值。
1．多普勒效應(yīng)是什么現(xiàn)象？
提示：當(dāng)波源與觀察者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的波的頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。
2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率是否發(fā)生了變化？
提示：沒(méi)有。
課時(shí)分層作業(yè)(十五)　多普勒效應(yīng)
?題組一　多普勒效應(yīng)
1．在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應(yīng)解釋的有(　　)
①雷雨天看到閃電后，稍過(guò)一會(huì)兒才能聽(tīng)到雷聲
②超聲波被血管中的血流反射后，探測(cè)器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化
③觀察者聽(tīng)到遠(yuǎn)去的列車(chē)發(fā)出的汽笛聲音調(diào)變低
④天文學(xué)上觀察到雙星(相距較近、均繞它們連線上某點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的兩顆恒星)光譜隨時(shí)間的周期性變化
A．①②③　 B．①②④
C．①③④ 　 D．②③④
D　[①看到閃電后，稍過(guò)一會(huì)兒才能聽(tīng)到雷聲，是光和聲音在空氣中的傳播速度不同造成的，故①錯(cuò)誤；②探測(cè)器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化，是由于血液發(fā)生流動(dòng)，探測(cè)器與血液的觀測(cè)點(diǎn)的距離發(fā)生變化，可以用多普勒效應(yīng)解釋?zhuān)盛谡_；③觀察者聽(tīng)到遠(yuǎn)去的列車(chē)發(fā)出的汽笛聲音調(diào)變低是由于列車(chē)與觀察者的距離發(fā)生變化，可以用多普勒效應(yīng)解釋?zhuān)盛壅_；④觀察者與雙星的距離發(fā)生變化，接收到的頻率發(fā)生變化，產(chǎn)生周期性變化的光譜，屬于多普勒效應(yīng)，故④正確。故選D。]
2．(多選)讓一隊(duì)人沿街行走，觀察者站在街旁不動(dòng)，每分鐘有30人與觀察者相遇，如果觀察者以小于隊(duì)伍行進(jìn)的速度順著隊(duì)伍行走，每分鐘有20人與觀察者相遇，下列關(guān)于這一實(shí)例的分析正確的是(　　)
A．如果觀察者逆著隊(duì)伍行走，每分鐘與觀察者相遇的人數(shù)將大于30人
B．該實(shí)例與多普勒效應(yīng)原理相同
C．多普勒效應(yīng)的本質(zhì)是波源的頻率發(fā)生了變化
D．“隔墻有耳”是多普勒效應(yīng)
AB　[如果觀察者逆著隊(duì)伍行走，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性可知每分鐘與觀察者相遇的人數(shù)將大于30人，故A正確；波在介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變，只是由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，觀察者感覺(jué)到(或儀器設(shè)備接收到)的頻率發(fā)生了變化，這樣就形成了多普勒效應(yīng)，故B正確，C錯(cuò)誤；“隔墻有耳”屬于波的衍射現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。]
3．(多選)將上下振動(dòng)的振針?biāo)揭苿?dòng)，移動(dòng)過(guò)程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．振針向右移動(dòng)
B．振針向左移動(dòng)
C．在A處的觀察者接收到的水波頻率比振針的振動(dòng)頻率小
D．在A處的觀察者接收到的水波頻率比振針的振動(dòng)頻率大
AC　[振針(波源)前進(jìn)方向上的水波變得密集，在其反方向的水波變得稀疏，因此振針向右移動(dòng)；由于波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，水波波長(zhǎng)變長(zhǎng)，觀察者接收到的頻率比振針的振動(dòng)頻率小，故A、C正確。]
4．在t＝0時(shí)刻，汽車(chē)甲與乙分別距十字路口O處的距離為x甲和x乙。兩車(chē)分別以速率v甲和v乙沿水平的相互正交的公路勻速前進(jìn)，如圖所示。汽車(chē)甲持續(xù)地以固定的頻率f0鳴笛，則下列說(shuō)法正確的是(已知聲速為u，且有u>v甲、u>v乙)(　　)
A．當(dāng)兩車(chē)均向O運(yùn)動(dòng)(在到達(dá)O之前)時(shí)，汽車(chē)乙的司機(jī)接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低
B．當(dāng)兩車(chē)均向O運(yùn)動(dòng)(在到達(dá)O之前)時(shí)，汽車(chē)乙的司機(jī)接收到的頻率可能等于波源發(fā)出的頻率
C．當(dāng)兩車(chē)均向遠(yuǎn)離O的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車(chē)乙的司機(jī)接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低
D．當(dāng)兩車(chē)均向遠(yuǎn)離O的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車(chē)乙的司機(jī)接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高
C　[根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)兩車(chē)均向O運(yùn)動(dòng)(在到達(dá)O之前)時(shí)，汽車(chē)乙的司機(jī)接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高；當(dāng)兩車(chē)均向遠(yuǎn)離O的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車(chē)乙的司機(jī)接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。]
5．如圖所示，一頻率為600 Hz的聲源以一定角速度繞圓心O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)一圈。某觀察者站在離圓心O很遠(yuǎn)的P點(diǎn)觀察。若觀察者接收到的聲音頻率小于600 Hz, 則可能是聲源在圖中哪點(diǎn)發(fā)出的(　　)
A．A點(diǎn)　　B．B點(diǎn)　　C．C點(diǎn)　　D．D點(diǎn)
C　[根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源向觀察者靠近時(shí)，觀察者接收到的聲音頻率高于聲源的頻率；當(dāng)聲源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，觀察者接收到的聲音頻率低于聲源的頻率。把速度方向標(biāo)出來(lái)，A點(diǎn)有接近的趨勢(shì)，頻率變高；C點(diǎn)有遠(yuǎn)離的趨勢(shì)，頻率變低；B、D點(diǎn)速度垂直P(pán)O，頻率不變，故選C。]
?題組二　多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
6．平直公路上汽車(chē)正在勻速遠(yuǎn)離時(shí)，用多普勒測(cè)速儀向其發(fā)出頻率為f0的超聲波，被汽車(chē)反射回來(lái)的超聲波的頻率隨汽車(chē)運(yùn)動(dòng)位移變化的圖像如圖所示，其中正確的是(　　)
A　　　　　　B
C　　　　　　D
D　[汽車(chē)正在勻速遠(yuǎn)離，速度恒定，接收到的反射波的頻率也是恒定的。由于是遠(yuǎn)離，汽車(chē)反射波的頻率應(yīng)該小于發(fā)出波的頻率，D正確。]
7．蝙蝠在洞穴中飛來(lái)飛去時(shí)，它利用超聲脈沖導(dǎo)航非常有效。這種超聲脈沖的頻率高于20 000 Hz，能持續(xù)1 ms或不到1 ms的短促發(fā)射，且每秒重復(fù)發(fā)射數(shù)次。假定蝙蝠的超聲脈沖發(fā)射頻率為39 000 Hz，在一次朝著表面平直的墻壁飛撲的期間，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．墻壁接收到的蝙蝠的超聲脈沖頻率等于39 000 Hz
B．蝙蝠接收到的從墻壁反射回來(lái)的超聲脈沖頻率等于墻壁接收的頻率
C．蝙蝠接收到的從墻壁反射回來(lái)的超聲脈沖頻率大于墻壁接收的頻率
D．蝙蝠接收到的從墻壁反射回來(lái)的超聲脈沖頻率等于39 000 Hz
C　[由于蝙蝠向墻壁靠近，所以墻壁接收的超聲脈沖頻率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到的墻壁反射的超聲脈沖頻率大于墻壁接收的超聲脈沖頻率，故選C。]
8．汽車(chē)無(wú)人駕駛技術(shù)已逐漸成熟，最常用的是自適應(yīng)巡航控制，它可以控制無(wú)人車(chē)在前車(chē)減速時(shí)自動(dòng)減速、前車(chē)加速時(shí)自動(dòng)跟上去，其使用的傳感器主要是毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會(huì)發(fā)射和接收調(diào)制過(guò)的無(wú)線電波，再通過(guò)回波的時(shí)間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率變化來(lái)測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。若該雷達(dá)發(fā)射的無(wú)線電波的頻率為f，接收到的波的頻率為f ′，則(　　)
A．當(dāng)f＝f ′時(shí)，表明前車(chē)與無(wú)人車(chē)速度相同
B．當(dāng)f＝f ′時(shí)，表明前車(chē)一定處于靜止?fàn)顟B(tài)
C．當(dāng)f ′>f時(shí)，表明前車(chē)相對(duì)無(wú)人車(chē)在加速行駛
D．當(dāng)f ′A　[當(dāng)波源和觀察者之間的距離不變化時(shí)，觀察者接收到的波的頻率和波源的頻率相等，故當(dāng)f＝f ′時(shí)，說(shuō)明二者之間的距離不變，表明前車(chē)與無(wú)人車(chē)速度相同，但不一定靜止，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)f ′＞f時(shí)，無(wú)人車(chē)接收到的波的頻率增大，說(shuō)明兩車(chē)距離減小，表明前車(chē)相對(duì)無(wú)人車(chē)在減速行駛，C錯(cuò)誤；當(dāng)f ′9．(多選)如圖所示，小球P一邊貼著水面每秒振動(dòng)5次，一邊沿x軸正方向勻速移動(dòng)，x＝0處是它的初始位置，圖示為恰經(jīng)10個(gè)周期時(shí)觀察到的水面波。則下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．位于x軸正方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率大于5 Hz
B．位于x軸負(fù)方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率大于5 Hz
C．水面波的傳播速度是0.2 m/s，小球勻速移動(dòng)的速度是0.1 m/s
D．水面波的傳播速度是0.4 m/s，小球勻速移動(dòng)的速度是0.2 m/s
AC　[小球每秒振動(dòng)5次，所以波的頻率為 5 Hz, 小球沿x軸正方向勻速移動(dòng)，根據(jù)多普勒效應(yīng)規(guī)律可知，位于x軸正方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率大于5 Hz，位于x軸負(fù)方向一側(cè)的觀測(cè)者，接收頻率小于 5 Hz, 所以A正確，B錯(cuò)誤；小球的振動(dòng)周期為T(mén)＝ s＝0.2 s，小球振動(dòng)10個(gè)周期所用的時(shí)間為t＝10T＝2 s，小球的速度為v1＝ m/s＝0.1 m/s，水面波的傳播速度為v＝ m/s＝0.2 m/s，所以C正確，D錯(cuò)誤。]
10．正在報(bào)警的警鐘每隔0.5 s響一聲，聲波在空氣中的傳播速度v＝340 m/s，警鐘已響了很久，求在t＝5 min內(nèi)：
(1)如果警鐘不動(dòng)，某人乘坐速度u＝20 m/s的汽車(chē)向警鐘接近，能聽(tīng)到幾次鐘響？
(2)如果某人不動(dòng)，汽車(chē)帶著警鐘以u(píng)＝20 m/s的速度向人接近，人能聽(tīng)到幾次鐘響？
(3)如果人和警鐘都以u(píng)＝20 m/s的速度相互接近或遠(yuǎn)離，人分別能聽(tīng)到幾次鐘響？
[解析]　警鐘每隔0.5 s響一聲，發(fā)出響聲的等效頻率f＝ Hz＝2 Hz。
(1)警鐘不動(dòng)，即波源靜止，則響聲的等效波長(zhǎng)(兩次響聲間的距離)不變，λ＝，而響聲相對(duì)于人的傳播方向和人的運(yùn)動(dòng)方向相反，因此響聲相對(duì)于人的速度變?yōu)関＋u，所以人接收到的響聲的等效頻率為f1＝f，因此t＝5 min內(nèi)聽(tīng)到的鐘響次數(shù)n1＝tf1＝ 次≈635次。
(2)聲源向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和聲波的傳播方向相同，則響聲的等效波長(zhǎng)變短，λ2′＝；若人靜止不動(dòng)，則響聲相對(duì)于人的速度沒(méi)有發(fā)生變化，則人接收到的響聲的等效頻率f2＝f，因此t＝5 min內(nèi)聽(tīng)到的鐘響次數(shù)n2＝tf2＝，計(jì)算得人能聽(tīng)到637次鐘響。
(3)人和警鐘相互接近時(shí)，聲源運(yùn)動(dòng)方向和響聲傳播方向相同，則響聲的等效波長(zhǎng)變短，λ3′＝；人的運(yùn)動(dòng)方向和響聲的傳播方向相反，則聲速相對(duì)于人增大，為v＋u，則人接收到的響聲的等效頻率f3＝f，因此t＝5 min內(nèi)聽(tīng)到的鐘響次數(shù)n3＝tf3＝次＝675次人和警鐘相互遠(yuǎn)離時(shí)，聲源運(yùn)動(dòng)方向和響聲傳播方向相反，則響聲的等效波長(zhǎng)變長(zhǎng)，λ4′＝；人的運(yùn)動(dòng)方向和響聲的傳播方向相同，則聲速相對(duì)于人減小，為v－u，則人接收到的響聲的等效頻率f4＝f，因此t＝5 min內(nèi)聽(tīng)到的鐘響次數(shù)n4＝tf4＝次≈533次。
[答案]　(1)635次　(2)637次　(3)相互接近：675次　相互遠(yuǎn)離：533次
1 / 15．多普勒效應(yīng)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1．知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。2．培養(yǎng)利用控制變量法探究問(wèn)題的能力。 3．了解多普勒效應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。
　多普勒效應(yīng)
【鏈接教材】　如人教版教材P79圖3.5-1所示：將一個(gè)以電池為電源的蜂鳴器固定在長(zhǎng)竹竿的一端，閉合開(kāi)關(guān)后聽(tīng)一聽(tīng)它發(fā)出的聲音。請(qǐng)一位同學(xué)用竹竿把蜂鳴器舉起并在頭頂快速轉(zhuǎn)動(dòng)。
問(wèn)題1　在幾米外聽(tīng)到蜂鳴器的音調(diào)有何不同？
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問(wèn)題2　實(shí)際上蜂鳴器的音調(diào)會(huì)變化嗎？
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問(wèn)題3　聽(tīng)到的音調(diào)發(fā)生變化的原因是什么？
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【知識(shí)梳理】　
1．定義：波源與觀察者相互__________時(shí)，接收到的波的____都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。
2．產(chǎn)生原因
(1)波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目____，觀察者觀測(cè)到的頻率____。
(2)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目____，觀察者觀測(cè)到的頻率____。
提醒：無(wú)論波源與觀察者間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是否發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源發(fā)出的波的頻率不變，改變的僅是接收的波的頻率。
【思考討論】
問(wèn)題　只要觀察者與波源發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？
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【知識(shí)歸納】　
1．多普勒效應(yīng)的成因：發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2．相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)
相對(duì)位置 圖示 結(jié)論
波源S和觀察者A相對(duì)靜止，如圖所示 f波源＝f觀察者，音調(diào)不變
波源S不動(dòng)，觀察者A運(yùn)動(dòng)，由A→B或A→C，如圖所示 若靠近波源，由A→B，則f波源＜f觀察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f波源>f觀察者，音調(diào)變低
觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)動(dòng)，由S→S2，如圖所示 f波源＜f觀察者，音調(diào)變高
【典例1】　(多普勒效應(yīng)問(wèn)題分析)如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)的情況，圖中的圓表示波峰。
(1)該圖表示的是(　　)
A．干涉現(xiàn)象
B．衍射現(xiàn)象
C．反射現(xiàn)象
D．多普勒效應(yīng)
(2)波源正在移向(　　)
A．A點(diǎn)　　 B．B點(diǎn)
C．C點(diǎn) 　 D．D點(diǎn)
(3)觀察到的波的頻率最低的點(diǎn)是(　　)
A．A點(diǎn) 　 B．B點(diǎn)
C．C點(diǎn) 　 D．D點(diǎn)
思路點(diǎn)撥：本題主要是對(duì)多普勒效應(yīng)的分析，判斷問(wèn)題時(shí)必須明確以下幾點(diǎn)：(1)常見(jiàn)的波動(dòng)現(xiàn)象有哪些；(2)怎樣根據(jù)波形判斷波源的移動(dòng)方向；(3)波源的移動(dòng)對(duì)觀察到的波的頻率有何影響。
[聽(tīng)課記錄](méi)　_________________________________________________________
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　多普勒效應(yīng)的判斷方法
(1)確定研究對(duì)象(波源與觀察者)。
(2)確定波源與觀察者是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則發(fā)生多普勒效應(yīng)；否則不發(fā)生。
(3)判斷：當(dāng)兩者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變小；當(dāng)兩者靠近時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率均不變。
【典例2】　(由多普勒效應(yīng)判斷頻率變化)春節(jié)假期，小明坐在沙發(fā)上用電視機(jī)觀看某科幻電影，情節(jié)緊張刺激、扣人心弦，與此同時(shí)，來(lái)訪的親友快步向客廳走來(lái)，小明的家長(zhǎng)快步前去迎接，對(duì)于電視機(jī)發(fā)出的聲音，小明聽(tīng)到的聲音頻率為f1，來(lái)訪的親友聽(tīng)到的聲音頻率為f2，小明的家長(zhǎng)聽(tīng)到的聲音頻率為f3，則下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．f1>f2>f3 　 B．f2>f3>f1
C．f2>f1>f3 　 D．f3>f2>f1
[聽(tīng)課記錄](méi)　_________________________________________________________
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　多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
1．測(cè)量汽車(chē)速度：交通警察向行進(jìn)中的車(chē)輛發(fā)射____已知的超聲波，同時(shí)測(cè)量______的頻率，根據(jù)反射波________的多少就能知道車(chē)輛的速度。
2．測(cè)星球速度：測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的____，然后與地球上這些元素____時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，可得星球的速度。
3．測(cè)血液流速：向人體內(nèi)發(fā)射____已知的超聲波，超聲波被血管中的血流____后又被儀器接收，測(cè)出反射波的________，就能知道血流的速度。
【思考討論】　利用如圖所示的衛(wèi)星跟蹤站，人們可以跟蹤人造地球衛(wèi)星。
問(wèn)題1　人們?cè)鯓永眯l(wèi)星跟蹤站觀測(cè)衛(wèi)星？
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問(wèn)題2　人們發(fā)現(xiàn)星球光譜的頻率在變小，說(shuō)明什么問(wèn)題？
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【典例3】　(多普勒效應(yīng)的應(yīng)用)(多選)下面實(shí)例中利用了多普勒效應(yīng)的是(　　)
A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來(lái)判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度
B．交通警察向行進(jìn)中的汽車(chē)發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)反射回來(lái)時(shí)，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就可知汽車(chē)的速度，以便于交通管理
C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況
D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去
[聽(tīng)課記錄](méi)　_________________________________________________________
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1．(多選)關(guān)于下列圖中的物理現(xiàn)象，描述正確的是(　　)
A．甲圖，水波由深水區(qū)傳播至淺水區(qū)，傳播方向改變，屬于波的反射現(xiàn)象
B．乙圖，兩列同頻率的水波在空間疊加，部分區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，屬于波的干涉現(xiàn)象
C．丙圖，用竹竿舉著蜂鳴器快速轉(zhuǎn)動(dòng)，聽(tīng)到蜂鳴器頻率發(fā)生變化，屬于波的多普勒效應(yīng)
D．丁圖，水波穿過(guò)障礙物間的狹縫后，形成明暗相間的條紋，屬于波的干涉現(xiàn)象
2．(多選)如圖所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來(lái)回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)感受到聲音變化的說(shuō)法正確的是(　　)
A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高
B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高
C．女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)不變
D．女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變低
3．如圖所示，向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)發(fā)出頻率為f的聲波，車(chē)左側(cè)A處?kù)o止的人感受到的聲波的頻率為f1，車(chē)右側(cè)B處?kù)o止的人感受到的聲波的頻率為f2，則(　　)
A．f1＜f，f2＜f　　　　
B．f1＜f，f2＞f
C．f1＞f，f2＞f
D．f1＞f，f2＜f
回歸本節(jié)知識(shí)，完成以下問(wèn)題：
1．為什么會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)現(xiàn)象？
2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率發(fā)生變化了嗎？
3．多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生與觀察者距波源的遠(yuǎn)近有關(guān)嗎？
宇宙學(xué)中的多普勒效應(yīng)
20世紀(jì)20年代，美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗在研究遠(yuǎn)處的旋渦星云發(fā)出的光譜時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了光譜的紅移，認(rèn)識(shí)到了旋渦星云正快速遠(yuǎn)離地球。1929年哈勃根據(jù)光譜紅移總結(jié)出著名的哈勃定律：星系的遠(yuǎn)離速度v與距地球的距離r成正比，即v＝H0r，H0為哈勃常數(shù)。根據(jù)哈勃定律和后來(lái)更多天體光譜紅移的測(cè)定，人們相信宇宙在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一直在膨脹，宇宙的密度一直在變小。反推可以想象，宇宙在很久以前并沒(méi)有現(xiàn)在這么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫和他的同事們提出了大爆炸宇宙模型，認(rèn)為是一個(gè)極點(diǎn)大爆炸后，經(jīng)長(zhǎng)期地膨脹和演化而形成今天的宇宙。20世紀(jì)60年代以來(lái)，大爆炸宇宙模型逐漸被人們接受。
具有波動(dòng)性的光也會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，這被稱(chēng)為多普勒—斐索效應(yīng)，它使人們對(duì)距地球任意遠(yuǎn)的天體的運(yùn)動(dòng)的研究成為可能，這只要分析一下接收到的光的頻譜就行了。1868年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯用這種辦法測(cè)量了天狼星的視向速度(即物體遠(yuǎn)離我們的速度)，得出了46 km/s 的速度值。
1．多普勒效應(yīng)是什么現(xiàn)象？
2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率是否發(fā)生了變化？
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