版选修3_4.ppt

1、5 多普勒效应,【自主预习】 1.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_发生变化的现象。,频率,(2)产生的原因: 波源与观察者相对静止时,1s内通过观察者的波峰 (或密部)的数目是_的,观察到的频率等于波源振 动的频率。 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_,观察到的频率_;反之, 当波源与观察者互相远离时,1 s内通过观察者的波峰 (或密部)的数目_,观察到的频率_。,一定,增加,增加,减少,变小,2.多普勒效应的应用 (1)测车辆速度:交通警向行进中的车辆发射_已知 的超声波,同时测量反射波的_,根据反射波_ _的多

2、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_ _,然后与地球上这些元素_时发光的频率对照, 可得星球远离地球的速度。,频率,频率,频率变,化,频,率,静止,(3)测血流速度:向人体内发射频率已知的超声波,超声 波被血管中的血流反射后又被仪器接收。测出反射波 的_变化,就可得出血流的速度。,频率,【预习小测】 1.(多选)下列哪些现象是多普勒效应引起的 ( ) A.远去的汽车声音越来越小 B.炮弹迎面飞来,声音刺耳 C.火车离你而去,音调变低 D.大风中,远处人的说话声时强时弱 【解析】选B、C。听到的音调变化才是多普勒效应,B、C正确。,2.有经验的铁路养护人员可

3、以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的应是 ( ) A.声波的干涉现象 B.声波的衍射现象 C.声波的多普勒效应 D.声波的反射现象 【解析】选C。根据多普勒效应现象,当火车运动方向靠近养护人员时,他听到的声音音调较高,火车远离养护人员时,他听到的声音音调较低。,3.关于多普勒效应,下列说法正确的是 ( ) A.多普勒效应是由波的干涉引起的 B.多普勒效应说明波源的频率发生了改变 C.多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的 D.只有声波才可以产生多普勒效应,【解析】选C。多普勒效应是由于波源和观察者之间发生相对运动而产生的,发生多普勒效应时,波源的频率不改变。因此,A、B

4、错误,C正确;一切波都能发生多普勒效应,D错误。,主题一 多普勒效应 【互动探究】 探究点1 蜂鸣器音调变化 将一个以电池作电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端,闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动,在几米之外再听它的声音。请思考以下几个问题:,(1)在几米外听到的声音有什么变化?蜂鸣器的这种现象我们称作什么? 提示:当蜂鸣器转到靠近观察者时,听到的蜂鸣器的音调变高;当蜂鸣器转到远离观察者时,听到的蜂鸣器的音调变低。蜂鸣器的这种现象我们叫做多普勒效应。,(2)蜂鸣器发出的声音的音调由什么决定? 提示:音调由频率决定,频率大则音调高,频率小则音调低。 (3)引起蜂

5、鸣器产生这种现象的原因是什么? 提示:蜂鸣器与观察者之间相对运动。,探究点2 多普勒效应 如图所示为“多普勒效应”的模拟实验。请思考下列问题:,(1)图甲、乙、丙分别类比什么(丙中观察者的速度小于队伍的行进速度)? 提示:将队伍看作声源,甲图类比观察者不动,声源靠近观察者的情况;乙图类比观察者与声源相向运动的情况;丙图类比观察者与声源同向运动,且观察者的速度小于声源的速度的情况。,(2)假设观察者不动,队伍行进速率恒定,此时“过人频率”是40人每分钟。那么实验乙、丙观察到的现象是什么? 提示:乙图中观察者逆着队伍行走,每分钟与观察者相遇的人数增加,即“过人频率”大于40人每分钟;丙图中,观察者

6、顺着队伍行走,每分钟与观察者相遇的人数减少,即“过人频率”小于40人每分钟。,(3)类比多普勒效应的模拟实验,讨论声波产生多普勒效应的原因是什么。 提示:当观察者和声源相对静止时,1s内通过观察者的密部的数目是一定的,观察到的频率等于声源振动的频率,感觉音调不变;当声源与观察者相向运动时,1 s内通过观察者的密部的数目增加,观察到的频率增加,感觉音调变高;反之,当声源与观察者互相远离时,观察到的频率变小,感觉音调变低。,【探究总结】 1.发生多普勒效应的几种情况:,2.多普勒效应中的频率问题: (1)波源的频率不会发生变化。 (2)音调由频率决定。 (3)观察者感觉到音调变化是因为发生相对运动

7、时,观察者接收到的频率发生了变化,并非波源的频率发生了变化。,【典例示范】 如图所示,产生机械波的波源P做匀速运动, 图中圆表示波峰,已知波源的频率为f0,则 下列说法正确的是 ( ) A.该图表示波源正在向A点移动 B.观察者在A点接收波的频率是定值且大于f0 C.观察者在B点接收波的频率是定值且大于f0 D.观察者在C点或D点接收波的频率是定值且大于f0,【解题指南】解答本题应注意以下两点: (1)当观察者与波源的距离减小时,观察者接收到的频率变大。 (2)当观察者与波源的距离增大时,观察者接收到的频率变小。,【解析】选C。根据多普勒效应产生的原因,该图表示波源正在向B点移动,故A错误;当

8、波源和观察者间距变小,观察者接收到的频率一定比波源频率高。当波源和观察者间距变大,观察者接收到的频率一定比波源频率低,故B、D错误,C正确。,【探究训练】 1.(多选)当人听到声音的频率越来越低时,可能是因 为 ( ) A.声源和人都是静止的,但是声源振动频率越来越低 B.人静止,声源远离人做匀速直线运动,且声源的频率不变,C.人静止,声源远离人做匀加速直线运动,且声源的频率不变 D.声源静止,人远离声源做匀加速直线运动,且声源的频率不变,【解析】选A、C、D。当人听到声音的频率越来越低时,有两种情况:一是声源和人都是静止的,但是声源振动频率越来越低;二是人和声源发生相对远离的运动,且相对速度

9、越来越大时,A、C、D正确。当人静止,声源远离人做匀速直线运动时,与声源静止时相比较,人听到的音调变低,但不是越来越低,故B错误。,2.(2018西安高二检测)频率一定的声源在空气中向 着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度,v表 示声波的速度(uv),f表示接收到的频率。若u增大, 则 ( ) A.f增大,v增大 B.f增大,v不变 C.f不变,v增大 D.f减小,v不变,【解析】选B。当波源与接收器之间的距离发生变化时,发生多普勒效应。间距变小时,接收到的频率大于波源的频率;间距变大时,接收到的频率小于波源的频率。本题声源靠近接收器,故接收到的频率大于声源频率,且靠近得越快,接收到的频

10、率越大。发生多普勒效应时,声波的速度不变。选项B正确。,【补偿训练】 1.(多选)关于多普勒效应,以下说法正确的有( ) A.只有机械波才能产生多普勒效应 B.机械波、电磁波、光波等均能产生多普勒效应 C.产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化 D.产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化,【解析】选B、D。多普勒效应是波动过程共有的特征,无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应,产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化,而波源的频率不变,故B、D正确,A、C错误。,2.(多选)假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz,在汽车向观察者驶来又擦身而过的过程

11、中,下列说法正确的是 ( ) A.当汽车向观察者驶来时,听到喇叭声音的频率大于300 Hz B.当汽车向观察者驶来时,听到喇叭声音的频率小于300 Hz,C.当汽车和观察者擦身而过后,听到喇叭声音的频率大于300 Hz D.当汽车和观察者擦身而过后,听到喇叭声音的频率小于300 Hz,【解析】选A、D。当汽车向观察者驶来时,两者距离减小,单位时间内观察者接收的声波个数增多,频率升高,将大于300 Hz,故A选项正确;当汽车和观察者擦身而过后,两者距离变大,单位时间内观察者接收的声波个数减少,频率降低,将小于300 Hz,故D选项正确。,【通法悟道】画力的图示的方法和步骤 (1)确定研究对象。(

12、波源与观察者) (2)确定波源与观察者是否有相对运动。若有相对运动,能发生多普勒效应,否则不发生。 (3)当两者远离时,观察者接收到的波的频率变小,靠近时观察者接收到的波的频率变大,但波源的频率不变。,主题二 多普勒效应的应用 【互动探究】 1.有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声中判断出火车的运行方向,其原因是什么? 提示:利用多普勒效应。火车运行方向不同时,铁路工人接收到声音的频率不同,感觉到的声音的音调不同,因此可以从汽笛声中判断出火车的运行方向。,2.公路巡警开车在高速公路上以规定的最高限速巡查,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,结果该电磁波被那辆轿车反射回来时

13、,巡警车接收到的电磁波频率比发出时低,则该车是否超速?,提示:因巡警车接收到的频率比发出时低,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行驶,可判断轿车车速比巡警车车速大,故该车超速。,3.你还能说出多普勒效应的应用吗? 提示:多普勒雷达、检测海洋污染等。,【探究总结】 多普勒效应的应用 (1)多普勒效应测车速。 (2)医用彩色超声波测定心脏跳动,了解血管血流等情况。,(3)电磁波的多普勒效应为跟踪目标物(如导弹、云层等)提供了一种简单的方法。在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用。 (4)用多普勒效应测量其他星系向着或远离地球运动的速率。,【典例示范】 沿直线行驶的汽

14、车通过某观测站时,观察到汽车发出的声音的频率由1 200 Hz下降为1 000 Hz,已知空气中声速为340 m/s,求车速。,【解题指南】解答本题应注意以下三点: (1)观察的频率由高到低,说明汽车先靠近观察者运动,然后又背离观察者运动。 (2)接收到的声波的频率变化时,声速不变。 (3)频率升高时,对应波长变短,频率降低时,对应波长变长。,【解析】当汽车驶向观测站时,波长被压缩为1=- v车T,观测到的频率f1= 同理,当汽车远离观测站时,波长变为2=+v车T,观测 到的频率f2= 由、得v车= =30.9m/s 答案:30.9m/s,【探究训练】 1.(2018天水高二检测)下面描述没有

15、利用多普勒效 应的是 ( ) A.利用在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率 B.交通警察向行驶中的汽车发射一个已知频率的超声 波,波被运动的汽车反射回来,根据接收到的波的频率 发生的变化,就知道汽车的速度,以便于进行交通管理,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可判断飞行的炮弹是接近还是远去,【解析】选C。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以测定遥远星体相对地球运动的速率;被反射的超声波,相当于一个运动的物体发出的超声波,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;铁路工人是

16、根据振动的强弱而对列车的运动做出判断的;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,故只有选项C不是利用多普勒效应。,2.(2018杭州高二检测)关于多普勒效应的叙述,下列说法正确的是 ( ) A.产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化 B.产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动 C.甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所发出的笛声频率相同,乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他所听到的乙车笛声频率,D.多普勒效应在科学技术中有十分广泛的应用。医生向人体内发射频率已知的超声波,经人体血管中血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化,就能知道血流的速

17、度。这种方法俗称“彩超”,可以检查心脏、大脑的病变,【解析】选D。多普勒效应说明观察者与波源有相对运动时,接收到的波频率会发生变化,但波源的频率不变,故A错误;产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间距离发生变化,而相对运动时,距离不一定变化,故B错误;甲、乙两列车相向行驶,两车均鸣笛,且所发出的笛声频率相同,乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率变大,他所听到的乙车笛声频率不变,故C错误;测出反射波的频率变化就能知道血流的速度,这种方法俗称“彩超”,是利用多普勒效应原理,故D正确。,【补偿训练】 (多选)(2018扬州高二检测)下列关于多普勒效应的说法,正确的是 ( ) A.医院检查身体用的“B超”

18、仪运用了多普勒效应原理 B.不仅机械波,电磁波和光波也会发生多普勒效应,C.由地球上接收到遥远天体发出的光波发生“红移”现象(各条谱线的波长均变长),可以判断遥远天体正靠近地球 D.静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高,说明声源正在远离观察者,【解析】选A、B。医院检查身体用的“B超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度,显然是运用了多普勒效应原理,A正确;多普勒效应是波特有的现象,B正确;当波源与观测者相互靠近时,观测到的频率增加,反之,当波源与观测者相互远离时,观测到的频率减小,D错误;“红移”现象中各条谱线的波长均变长,即频率变小,因此遥远天体应正在远离地球,C错误。,【课堂小结】,