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第四節　多普勒效應
[學習目標]　1．認識多普勒效應．2．相對法理解多普勒效應．3．探究聲波的多普勒效應．4．了解多普勒效應的應用．
知識點一　認識多普勒效應
1．定義
如果波源或觀察者或兩者都相對于________運動，那么觀察者接收到的頻率與波源發出的頻率就______了．這樣的現象叫作多普勒效應．
2．多普勒效應產生的原因
(1)波源與觀察者相對靜止時，單位時間內通過觀察者的完全波的個數是一定的，觀察者觀測到頻率____波源振動的頻率．
(2)波源與觀察者相互靠近時，單位時間內通過觀察者的完全波的個數____，觀察者觀測到的頻率____波源的頻率，即觀察到的頻率____．
(3)波源與觀察者相互遠離時，觀察到的頻率____．
知識點二　多普勒效應的應用
1．鐵路工人可以從火車的______判斷火車的運行方向和快慢．
2．交警向汽車發射電磁波，通過分析反射回來的電磁波的____可以測出汽車的速度．
3．根據光的多普勒效應，由地球上接收到遙遠天體發出的光波____，判斷遙遠天體相對地球的運動速度．
4．利用彩色多普勒超聲圖像分析病情．
1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．
(1)鐵路工人用耳貼在鐵軌上判斷火車的運動情況是利用多普勒效應． (　　)
(2)若聲源向觀察者靠近，則觀察者接收到聲波的頻率變大． (　　)
(3)發生多普勒效應時，不論觀察者接收到的頻率發生了怎樣的變化，波源的真實頻率并不會發生任何變化． (　　)
(4)多普勒效應的發生是因為波源的振動頻率發生了變化． (　　)
2．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．發生多普勒效應時，波源的頻率變化了
B．發生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發生了變化
C．多普勒效應是在波源與觀察者之間有相對運動時產生的
D．多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發現
3．關于多普勒效應，下列說法正確的是(　　)
A．多普勒效應是由波的干涉引起的
B．多普勒效應說明波源的頻率發生變化
C．光波也有多普勒效應
D．只有聲波才可以產生多普勒效應
某大學利用多普勒效應對某顆人造衛星進行了跟蹤試驗.科學家發現，當衛星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛星向遠地點運動時返回的信號頻率降低.
(1)波源的頻率由誰決定？
(2)觀察者接收到的頻率與哪些因素有關？
考點　多普勒效應
1．發生多普勒效應時幾種情況的比較．
相對位置 圖示 結論
波源S和觀察者A相對介質不動 f波源＝f觀察者， 接收頻率不變
波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B則f波源＜f觀察者，接收頻率變高 若遠離波源，由A→C則f波源＞f觀察者，接收頻率變低
若觀察者A不動，而波源S運動，由 f波源＜f觀察者，接收頻率變高
2．當波源與觀察者相互接近，觀察者接收到的頻率f觀察者大于波源的頻率f波源，反之觀察者接收到的頻率f觀察者小于波源的頻率f波源．
3．發生多普勒效應時，不論觀察者接收到的頻率發生了怎樣的變化，波源的真實頻率并不會發生任何變化．
【典例】　(多選)假如一輛汽車在靜止時喇叭發出聲音的頻率是300 Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是(　　)
A．當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率大于300 Hz
B．當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率小于300 Hz
C．當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率大于300 Hz
D．當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率小于 300 Hz
[思路點撥]　解答本題時應把握以下兩點：
(1)當觀察者與波源的距離減小時，觀察者接收到的頻率大于波源的頻率．
(2)當觀察者與波源的距離增大時，觀察者接收到的頻率小于波源的頻率．
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　多普勒效應的分析方法
(1)確定研究對象．(波源與觀察者)
(2)確定波源與觀察者是否有相對運動．若有相對運動，能發生多普勒效應，否則不發生．
(3)判斷：當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變．
[跟進訓練]
訓練角度1　多普勒效應現象分析
1．波源的振動頻率為f，當波源運動時，波源前方的靜止觀察者接收到的頻率為f1，波源后方的靜止觀察者接收到的頻率為f2，則有(　　)
A．f>f1　　 B．fC．f1f2
訓練角度2　多普勒效應應用
2．(多選)關于多普勒效應的應用，下列說法正確的是(　　)
A．星系譜線的“紅移”現象
B．利用多普勒效應可以從火車的笛聲中判斷出火車的運動方向
C．利用多普勒效應可以判斷遙遠的天體相對地球的運動速度
D．目前在技術上人們只能應用聲波發生的多普勒效應
1．(多選)靜止在站臺上的火車鳴笛，站在遠處的人聽到了汽笛聲．后來他又聽到這列火車行駛時的汽笛聲．他根據聽到的汽笛聲音判斷火車行駛的方向．以下判斷正確的是(　　)
A．當聽到的聲音音調變低，則火車離他遠去
B．當聽到的聲音音調變低，則火車向著他駛來
C．當聽到的聲音音調變高，則火車離他遠去
D．當聽到的聲音音調變高，則火車向著他駛來
2．下列科學技術在實際的應用中不是應用多普勒效應的是(　　)
A．醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速
B．技術人員用超聲波檢測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡
C．交警向行進中的車輛發射頻率已知的超聲波，根據反射波頻率變化檢測車的速度
D．利用地球上接收到遙遠天體發出的光的頻率來判斷遙遠天體遠離或靠近地球的速度
3．如圖所示是產生機械波的波源O做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰．下列說法錯誤的是(　　)
A．該圖表示的是多普勒現象
B．此時波源正在向A觀測者靠近
C．C、D兩位觀測者此時接收到的頻率和波源發出的頻率相等
D．B觀測者此時接收到的頻率小于波源發出的頻率
4．如圖所示，在公路的十字路口東側路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側，乙站在路邊，一輛汽車以速度v2通過路口向東行駛并鳴笛，已知汽車笛聲的頻率為f0，車速v2>v1．甲聽到的笛聲的頻率為f1，乙聽到的笛聲的頻率為f2，司機自己聽到的笛聲的頻率為f3，則此三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為____________．
回顧本節內容，自主完成以下問題：
1．發生多普勒效應時是波源頻率發生變化還是觀察者接收到的頻率發生變化？
2．觀察者接收到的頻率發生變化與什么有關？
3 / 5第四節　多普勒效應
[學習目標]　1．認識多普勒效應．2．相對法理解多普勒效應．3．探究聲波的多普勒效應．4．了解多普勒效應的應用．
知識點一　認識多普勒效應
1．定義
如果波源或觀察者或兩者都相對于傳播介質運動，那么觀察者接收到的頻率與波源發出的頻率就不相同了．這樣的現象叫作多普勒效應．
2．多普勒效應產生的原因
(1)波源與觀察者相對靜止時，單位時間內通過觀察者的完全波的個數是一定的，觀察者觀測到頻率等于波源振動的頻率．
(2)波源與觀察者相互靠近時，單位時間內通過觀察者的完全波的個數增加，觀察者觀測到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率增大．
(3)波源與觀察者相互遠離時，觀察到的頻率變?。?br/>知識點二　多普勒效應的應用
1．鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運行方向和快慢．
2．交警向汽車發射電磁波，通過分析反射回來的電磁波的頻率可以測出汽車的速度．
3．根據光的多普勒效應，由地球上接收到遙遠天體發出的光波頻率，判斷遙遠天體相對地球的運動速度．
4．利用彩色多普勒超聲圖像分析病情．
1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．
(1)鐵路工人用耳貼在鐵軌上判斷火車的運動情況是利用多普勒效應． (×)
(2)若聲源向觀察者靠近，則觀察者接收到聲波的頻率變大． (√)
(3)發生多普勒效應時，不論觀察者接收到的頻率發生了怎樣的變化，波源的真實頻率并不會發生任何變化． (√)
(4)多普勒效應的發生是因為波源的振動頻率發生了變化． (×)
2．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．發生多普勒效應時，波源的頻率變化了
B．發生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發生了變化
C．多普勒效應是在波源與觀察者之間有相對運動時產生的
D．多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發現
BCD　[當波源和觀察者之間有相對運動時，會發生多普勒效應，C正確；發生多普勒效應時，波源的頻率并沒有發生變化，A錯誤；多普勒效應產生的本質是觀察者接收到的頻率不等于波源頻率，它首先由奧地利物理學家多普勒發現，B、D正確.]
3．關于多普勒效應，下列說法正確的是(　　)
A．多普勒效應是由波的干涉引起的
B．多普勒效應說明波源的頻率發生變化
C．光波也有多普勒效應
D．只有聲波才可以產生多普勒效應
C　[在多普勒效應中，波源的頻率是不變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動，觀察者接收到的頻率發生了變化；多普勒效應是波動過程共有的特征，電磁波和光波也會發生多普勒效應，故C正確.]
某大學利用多普勒效應對某顆人造衛星進行了跟蹤試驗.科學家發現，當衛星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛星向遠地點運動時返回的信號頻率降低.
(1)波源的頻率由誰決定？
(2)觀察者接收到的頻率與哪些因素有關？
提示：(1)由波源決定.
(2)觀察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與觀察者的相對運動有關.
考點　多普勒效應
1．發生多普勒效應時幾種情況的比較．
相對位置 圖示 結論
波源S和觀察者A相對介質不動 f波源＝f觀察者， 接收頻率不變
波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B則f波源＜f觀察者，接收頻率變高 若遠離波源，由A→C則f波源＞f觀察者，接收頻率變低
若觀察者A不動，而波源S運動，由 f波源＜f觀察者，接收頻率變高
2．當波源與觀察者相互接近，觀察者接收到的頻率f觀察者大于波源的頻率f波源，反之觀察者接收到的頻率f觀察者小于波源的頻率f波源．
3．發生多普勒效應時，不論觀察者接收到的頻率發生了怎樣的變化，波源的真實頻率并不會發生任何變化．
【典例】　(多選)假如一輛汽車在靜止時喇叭發出聲音的頻率是300 Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是(　　)
A．當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率大于300 Hz
B．當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率小于300 Hz
C．當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率大于300 Hz
D．當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率小于 300 Hz
[思路點撥]　解答本題時應把握以下兩點：
(1)當觀察者與波源的距離減小時，觀察者接收到的頻率大于波源的頻率．
(2)當觀察者與波源的距離增大時，觀察者接收到的頻率小于波源的頻率．
AD　[當汽車向你駛來時，兩者距離減小，你單位時間內接收的聲波個數增多，頻率升高，將大于300 Hz，故A正確；當汽車和你擦身而過后，兩者距離變大，你單位時間內接收的聲波個數減少，頻率降低，將小于300 Hz，故D正確.]
　多普勒效應的分析方法
(1)確定研究對象．(波源與觀察者)
(2)確定波源與觀察者是否有相對運動．若有相對運動，能發生多普勒效應，否則不發生．
(3)判斷：當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變．
[跟進訓練]
訓練角度1　多普勒效應現象分析
1．波源的振動頻率為f，當波源運動時，波源前方的靜止觀察者接收到的頻率為f1，波源后方的靜止觀察者接收到的頻率為f2，則有(　　)
A．f>f1　　 B．fC．f1f2
D　[當波源遠離觀察者過程中，觀察者接收到的機械波頻率比波源靜止時接收到的頻率小；當波源靠近觀察者過程中，觀察者接收到的機械波頻率比波源靜止時接收到的頻率大，所以f>f2，f1>f，由上可知f1>f2，故D正確，A、B、C錯誤.]
訓練角度2　多普勒效應應用
2．(多選)關于多普勒效應的應用，下列說法正確的是(　　)
A．星系譜線的“紅移”現象
B．利用多普勒效應可以從火車的笛聲中判斷出火車的運動方向
C．利用多普勒效應可以判斷遙遠的天體相對地球的運動速度
D．目前在技術上人們只能應用聲波發生的多普勒效應
ABC　[A、B、C是多普勒效應的三個應用，多普勒效應在光波、聲波、電磁波等中都有應用，故D錯誤.]
1．(多選)靜止在站臺上的火車鳴笛，站在遠處的人聽到了汽笛聲．后來他又聽到這列火車行駛時的汽笛聲．他根據聽到的汽笛聲音判斷火車行駛的方向．以下判斷正確的是(　　)
A．當聽到的聲音音調變低，則火車離他遠去
B．當聽到的聲音音調變低，則火車向著他駛來
C．當聽到的聲音音調變高，則火車離他遠去
D．當聽到的聲音音調變高，則火車向著他駛來
AD　[當聽到的聲音音調變低，說明接收到的聲音的頻率變小，表明火車離他遠去，故A正確，B錯誤；當聽到的聲音音調變高，說明接收到的聲音的頻率變大，則火車向著他駛來，故C錯誤，D正確.]
2．下列科學技術在實際的應用中不是應用多普勒效應的是(　　)
A．醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速
B．技術人員用超聲波檢測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡
C．交警向行進中的車輛發射頻率已知的超聲波，根據反射波頻率變化檢測車的速度
D．利用地球上接收到遙遠天體發出的光的頻率來判斷遙遠天體遠離或靠近地球的速度
B　[醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速利用聲波的多普勒效應；技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡利用的是超聲波的穿透能力強，與多普勒效應無關；交通警察對行進中的汽車發射一個已知頻率的超聲波，波被運動的汽車反射回來，根據接收到的頻率發生變化，來知道汽車的速度，以便于進行交通管理，利用了多普勒效應；利用地球上接收到遙遠天體發出的光的頻率來判斷遙遠天體相對地球運動的速度，利用了多普勒效應，本題選不是應用多普勒效應的.故選B.]
3．如圖所示是產生機械波的波源O做勻速運動的情況，圖中的圓表示波峰．下列說法錯誤的是(　　)
A．該圖表示的是多普勒現象
B．此時波源正在向A觀測者靠近
C．C、D兩位觀測者此時接收到的頻率和波源發出的頻率相等
D．B觀測者此時接收到的頻率小于波源發出的頻率
C　[題圖表示的是由波源移動而引起的多普勒效應，故A正確，不符合題意；由題圖可知，觀測者A在單位時間內接收到的完全波的個數最多，說明波源向A觀測者靠近，故B正確，不符合題意；波源與C、D觀測者間的距離不斷增大，故接收到的頻率小于波源發出的頻率，故C錯誤，符合題意；波源與觀測者B的距離不斷增大，故觀測者接收到的頻率小于波源發出的頻率，故D正確，不符合題意.]
4．如圖所示，在公路的十字路口東側路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側，乙站在路邊，一輛汽車以速度v2通過路口向東行駛并鳴笛，已知汽車笛聲的頻率為f0，車速v2>v1．甲聽到的笛聲的頻率為f1，乙聽到的笛聲的頻率為f2，司機自己聽到的笛聲的頻率為f3，則此三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為____________．
[解析]　由于v2＞v1，所以汽車和甲的相對距離減小，甲聽到的頻率變大，即f1＞f0.由于乙靜止不動，汽車和乙的相對距離增大，乙聽到的頻率變小，即由于司機和聲源相對靜止，所以司機聽到的頻率不變，即f3＝f0，綜上所述，三人聽到笛聲的頻率由高至低依次為f1、f3、f2.
[答案]　f1、f3、f2
回顧本節內容，自主完成以下問題：
1．發生多普勒效應時是波源頻率發生變化還是觀察者接收到的頻率發生變化？
提示：觀察者接收到的頻率發生變化.
2．觀察者接收到的頻率發生變化與什么有關？
提示：波源與觀察者是否相對運動.
課時分層作業(十一)　多普勒效應
1．(多選)目前，多普勒效應已在科學研究、工程技術和醫療診斷等各方面有著十分廣泛的應用．關于多普勒效應，下列說法正確的是(　　)
A．有經驗的戰士從炮彈飛行的聲音就能判斷飛行的炮彈是接近還是遠去
B．醫院檢查身體的“彩超”儀運用了多普勒效應原理
C．發生雷電時，人們利用看見閃電與聽見雷聲的時間間隔來估算自己與雷電發生處之間的距離，這是利用了多普勒效應原理
D．高速公路上的測速儀就是應用多普勒效應來測速的
ABD　[炮彈飛行時與空氣摩擦產生聲波，人耳接收到的聲波的頻率與炮彈的相對運動方向有關，故A正確；醫院檢查身體的“彩超”儀是通過測出反射波的頻率變化來確定血流的速度，顯然是運用了多普勒效應原理，故B正確；發生雷電時，人們利用看見閃電與聽見雷聲的時間間隔來估算自己與雷電發生處之間的距離是通過光速遠大于聲速，用這個時間間隔乘以聲速來估算的，故不屬于多普勒效應原理的應用，故C錯誤；測速儀對運動中的汽車發射一個已知頻率的電磁波，電磁波被運動的汽車反射回來，根據接收到的電磁波頻率來知道汽車的速度，以便于進行交通管理，利用了多普勒效應原理，故D正確.]
2．(多選)關于多普勒效應，下列說法正確的是(　　)
A．只要波源在運動，就一定能觀察到多普勒效應
B．只要觀察者在運動，就一定能觀察到多普勒效應
C．只要波源與觀察者之間有相對運動且兩者間距發生變化，就一定能觀察到多普勒效應
D．當發生多普勒效應時，觀察者感覺到的頻率可能在增大，也可能在減小
CD　[若波源與觀察者一起同方向、同速度運動，則觀察者觀察不到多普勒效應，故C、D正確.]
3．頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動，以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(uA．f增大，v增大
B．f增大，v不變
C．f不變，v增大
D．f減小，v不變
B　[在發生多普勒效應時，聲源發出的聲音在介質中的傳播速度是不變的，聲源的頻率也是不變的，只有接收者收到聲音的頻率發生變化，聲源向接收器勻速運動的速度u增大，接收器接收到的頻率f增大，故B正確.]
4．(多選)懸停在深海中某處的滑翔機發出聲吶信號(超聲波)的頻率為f，在該處海水中的傳播速度為v，若停在海面上的監測船收到的頻率稍大于滑翔機發出聲吶信號的頻率，則下列說法正確的是(　　)
A．聲吶信號在該處海水中的波長為
B．聲吶信號在該處海水中的波長為
C．滑翔機正在靠近該監測船
D．滑翔機正在遠離該監測船
BC　[由v＝fλ得λ＝，A錯誤，B正確；根據多普勒效應，當滑翔機靠近監測船時，監測船接收到的頻率大于滑翔機發出聲吶信號的頻率，C正確，D錯誤.]
5．裝有多普勒測速儀的汽車測速監視器安裝在公路旁，它向行駛中的車輛發射已知頻率的超聲波，并接收被車輛反射回來的反射波．當某汽車向測速監視器靠近時，被該汽車反射回來的反射波與測速監視器發出的超聲波相比(　　)
A．頻率不變，波速變小
B．波速不變，頻率變小
C．頻率不變，波速變大
D．波速不變，頻率變大
D　[波速由介質決定，所以被該汽車反射回來的反射超聲波與測速監視器發出的超聲波相比波速不變，根據多普勒效應，聲源和觀察者靠近時接收頻率變高，所以被該汽車反射回來的反射波與發出的超聲波相比頻率變大，故D正確，A、B、C錯誤.]
6．某人站在地面上某處，一架飛機由遠及近從人的頭頂上方勻速飛過，則人聽到飛機發出聲音的頻率(　　)
A．越來越低　 B．越來越高
C．先變高后變低 D．先變低后變高
A　[當飛機飛近人時，將飛機的速度分解，如圖甲所示，飛機相對人的速度為v1＝v cos α，α越來越大，則v1越來越小，即人聽到飛機聲音的頻率越來越低，但總是f聽>f源.當飛機遠離人時，將飛機的速度分解，如圖乙所示，飛機相對人的速度為v3＝v cos α，α越來越小，則v3越來越大，即人聽到飛機聲音的頻率越來越低，且都是f聽f源；恰好在人頭頂正上方時，f聽＝f源；越過頭頂正上方之后，f聽]
7.輪船在進港途中的x-t圖像如圖所示，則在港口所測到輪船上霧笛發出聲音的頻率是圖中的哪一個(　　)
A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
A　[勻速靠近港口的過程中，測量到的頻率不隨時間變化，但速度大時頻率大，由x-t圖像可知，輪船靠近港口時三段時間內的速度關系為v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正確.]
8．公路巡警開車在高速公路上以100 km/h 的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發出一個已知頻率的電磁波，結果該電磁波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發出時低．
(1)此現象屬于________；
A．波的衍射
B．波的干涉
C．多普勒效應
D．波的反射
(2)若該路段限速為100 km/h，則轎車是否超速？
(3)若轎車以20 m/s的速度行進，反射回的頻率應怎樣變化？
[解析]　(1)選C.巡警車接收到的電磁波頻率比發出時低，此現象為多普勒效應.
(2)因巡警車接收到的頻率變低，由多普勒效應知巡警車與轎車在相互遠離，而巡警車車速恒定又在后面，可判斷轎車車速比巡警車車速大，故轎車超速.
(3)若轎車以20 m/s的速度行進，此時巡警車與轎車在相互靠近，由多普勒效應知反射回的頻率應變高.
[答案]　(1)C　(2)超速　(3)變高
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