高中物理 第2章 機械波 第4節(jié) 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用知識導(dǎo)航素材 魯科版選修3-4（通用）

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1、第4節(jié) 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 思維激活 1.如圖2-4-1所示,交通警察用測速儀可以測出車輛行駛的速度,這是利用了什么原理? 多普勒測速儀圖 2-4-1 提示:由于波源和測量者的相對運動,產(chǎn)生了多普勒效應(yīng). 2.醫(yī)院里用的“彩超”是怎樣檢查出人身體中的病變的?(如圖2-4-2所示) 圖2-4-2 提示:醫(yī)生向人體內(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.測出反射波的頻率變化,就能知道血流的速度.就可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變. 自主整理 一、多普勒效應(yīng) 由于波源與觀察者互相___________或者互相___________時,接收到

2、的波的________就會發(fā)生變化,這種現(xiàn)象叫做___________.它是___________科學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)的. 二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用 多普勒效應(yīng)在實際中的應(yīng)用,例如警察使用__________測定汽車的行駛速度;醫(yī)學(xué)上用___________來診斷人體心臟、人體血管的疾病;在軍事、航天、氣象預(yù)報等領(lǐng)域可用電磁波的___________跟蹤目的物. 高手筆記 波源的頻率和觀察者接收到的頻率的關(guān)系 波源的頻率:(1)波源單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù). (2)波源的頻率還等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù). 觀察者接收到的波的頻率:觀察者在單位時間內(nèi)接收到完全波的個數(shù). 二者

3、間的關(guān)系:(1)波源和觀察者無相對運動時,觀察者接收到的頻率等于波源的頻率;(2)當(dāng)波源與觀察者靠近時,觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率;(3)當(dāng)波源與觀察者遠(yuǎn)離時,觀察者接收到的波的頻率小于波源的頻率. 名師解惑 多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因是什么? 剖析：若波源和觀察者均相對于介質(zhì)不動,設(shè)波速為v0,波長為λ0,則觀察者在單位時間內(nèi)接收到完全波的個數(shù)為f0=,即觀察者接收到的波的頻率和波源的頻率相同. 若波源相對于介質(zhì)靜止,而觀察者以一定的速度相對于介質(zhì)運動,這時波的波長和波速不變,仍分別為λ0和v0，波源的頻率為f0=.當(dāng)觀察者以速度v1向波源靠近時，他單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)

4、為f1=×=>f0,即觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率. 若觀察者以速度v1(v1f0,即觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率.在波源的后方,波面變得稀疏,波長變長,在波源正

5、后方的波長為λ2′=λ0>λ0,靜止在波源正后方的觀察者單位時間內(nèi)接收到完全波的個數(shù)為f2′=f0

6、到的鳴笛聲的音調(diào)變低,故B、C正確. 答案：BC 綠色通道 知道多普勒現(xiàn)象或結(jié)合生活實際就能作出正確選擇. 變式訓(xùn)練 1.下面的說法中正確的是（ ） A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時,波源的頻率變化了 B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時,觀察者接收的頻率發(fā)生了變化 C.多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的 D.多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)的 解析:多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)的,它是因波源與觀察者之間有相對運動,使觀察者接收的頻率發(fā)生變化而發(fā)生的一種現(xiàn)象,故B、C、D正確. 答案:BCD 2.關(guān)于多普勒效應(yīng),下列說法中正確的是（ ） A.只有聲波才有

7、多普勒效應(yīng) B.光波也有多普勒效應(yīng) C.只有機械波才有多普勒效應(yīng) D.電磁波不能發(fā)生多普勒效應(yīng) 解析:一些學(xué)生認(rèn)為只有聲波才產(chǎn)生多普勒效應(yīng),因此錯選A、D.實際上,對于任何一種波,都會發(fā)生多普勒效應(yīng). 答案:B 【例題2】如圖2-4-3所示,S為振源,P點有一觀察者,已知振源發(fā)聲的頻率為20 Hz,則關(guān)于人聽到的聲音的頻率為（ ） 圖2-4-3 A.當(dāng)波源S以17 m/s的速度遠(yuǎn)離觀察者運動時,頻率為19 Hz B.當(dāng)波源S以17 m/s的速度靠近觀察者運動時,頻率為21 Hz C.當(dāng)觀察者以17 m/s的速度靠近波源S

8、運動時,頻率為21 Hz D.以上說法均不正確 解析：當(dāng)波源以17 m/s的速度遠(yuǎn)離觀察者運動時,觀察者接收的頻率f′=,f′= Hz=19 Hz,故A正確.當(dāng)波源S以17 m/s的速度靠近觀察者運動時,觀察者接收的頻率f′=,f′= Hz=21 Hz,故B正確.當(dāng)觀察者以17 m/s的速度靠近波源S運動時,觀察者接收的頻率f′=,f′=Hz=21 Hz,故C正確. 答案：ABC 綠色通道 多普勒效應(yīng)中觀察者與波源間的相對運動有兩種:一種是波源不動,觀察者以速度v1(v1

9、速度v2(v2

10、聲波在空氣中的波長λ′==，固定接收器接收到的頻率f2=·f0，由此可以解得u=·v=16.2 m/s=58.3 km/h. 答案:見解析 4.以速度u=20 m/s奔馳的火車,鳴笛聲頻率為275 Hz,已知常溫下空氣中的聲速v=340 m/s. (1)當(dāng)火車駛來時,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少? (2)當(dāng)火車駛?cè)r,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少? 解析:(1)觀察者相對介質(zhì)靜止時,當(dāng)火車以速度u向觀察者運動,以介質(zhì)為參考系,波長將縮短為λ′=vT-uT=(v-u)T,則觀察者觀察到的頻率為 f′=·f=×275 Hz=292 Hz. (2)同上述分析,當(dāng)火車

11、駛?cè)r觀察者觀察到的頻率為 f′=·f=×275 Hz=260 Hz. 答案：（1）292 Hz （2）260 Hz 體驗探究 【問題】多普勒效應(yīng)可解釋宇宙仍在擴大嗎？ 導(dǎo)思:光現(xiàn)象里也同樣存在多普勒效應(yīng). 探究:在光現(xiàn)象里也同樣存在多普勒效應(yīng),當(dāng)光源向你快速運動時,光的頻率也會增加,表現(xiàn)為光的顏色向藍(lán)光方向偏移(因為在可見光里,藍(lán)光的頻率高),即光譜出現(xiàn)藍(lán)移;而當(dāng)光源快速離你而去時,光的頻率會減小,表現(xiàn)為光的顏色會向紅光方向偏移 (因為在可見光里,紅光的頻率低),即光譜出現(xiàn)紅移.例如:如圖2-4-4所示,假設(shè)有個光源每隔時間T發(fā)出一個波列,即光源的周期為T,當(dāng)它靜止時相鄰兩個

12、波列的時間間隔為T,距離間隔為λ=cT.當(dāng)光源以速度v離開觀察者時,在T時間里光源移動的距離為vT,于是下一個波列到達(dá)觀察者所需的時間就增加了,所以相鄰兩個波列到達(dá)觀察者所需的時間就為: 圖2-4-4 T′=T+ 即這時相對觀察者來說,光波的周期長了,頻率低了,則光的顏色會向紅光偏移,這就是紅移現(xiàn)象. 根據(jù)這一現(xiàn)象,由觀察宇宙中各星球的光譜都有紅移現(xiàn)象,可推斷目前宇宙仍然在繼續(xù)擴大之中. 教材鏈接 【討論與交流】(課本44頁) (1)假如聽到的汽車鳴笛聲的音調(diào)變高,說明汽車與你的距離減小,假如聽到的汽車鳴笛聲的音調(diào)變低,說明汽車與你的距離增大. (2)若以波的傳播速度遠(yuǎn)離波的振源,接收到的頻率由f=()f0可知f=0(其中v為波的傳播速度,v0為遠(yuǎn)離波的速度,f0為波源的頻率).