3.5多普勒效应 学案（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第一册

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1、第第 5 5 节节 多普勒效应多普勒效应 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道多普勒效应。 2.能定性分析多普勒效应产生的原因。 3.能用多普勒效应解释一些物理现象。 1.理解多普勒效应的成因。 2.用控制变量法探究多普勒效应。 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，这种 现象叫作多普勒效应。 2.多普勒效应产生的原因 (1)当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)的数目是一定 的，观察到的频率等于波源振动的频率。 (2)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)的数目增加， 观察到的频

2、率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小。 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，可得星球靠近或远离我们的速度。 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流反射后 又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就可得血流速度。 【判一判】 (1)只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应。() (2)只要观察者在运动，就一定能观察到多普勒效应。() (3)只要波源

3、与观察者之间有相对运动且两者间距发生变化，就一定能观察到多 普勒效应。() (4)当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小。() (5)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。() (6)只有声波才能发生多普勒效应。() 探究 1 多普勒效应 1.波源频率：波源完成一次全振动，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 源发出的完全波的个数。 2.接收频率 (1)波源和观察者相对静止时，观察者接收到的频率等于波源的频率。 (2)波源和观察者有相对运动时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发 生变化

4、，即感觉到波的频率发生变化。 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。 【例 1】 关于多普勒效应，下列说法中正确的是( ) 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.当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应 D.只有声波才能发生多普勒效应 答案 B 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， 而观察者与波源速 度相同时，两者不发生相对运动，不会产生多普勒效应，选项 C 错误；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

5、正确；多普勒效应，不仅适用于声波，也适用于其他类型的波， 包括电磁波和光波，选项 D 错误。 探究 2 多普勒效应产生的原因 1.相对位置变化与频率的关系(规律) 相对位置 图示 结论 波源 S 和观察者 A 相对静 止，如图所示 f观察者f波源 音调不变 波源 S 不动， 观察者 A 运动， 由 AB 或 AC，如图所示 若靠近波源，由 AB，则 f观察者f波源， 音调变高；若远离波源，由 AC，则 f观察者f波源，音调变高 2.成因归纳 根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生 了相对运动，且两者间距发生了变化。 【例 2】 (多选)(2021 河北沧州市一中

6、高二月考)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、乙两列车相向行驶正在接近，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.测量星球上某些元素发出的光波的频率， 与地球上这些元素静止时发出的光波 的频率对照，可算出星球靠近或远离地球的速度 答案 BD 解析 产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致接收到的波的频 率发生变化，故 A 错误，B 正确；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，因乙车中

7、的乘客相对甲车靠近，而相对乙车静止，那么乙 车中的某旅客听到的甲车笛声频率高于他听到的乙车笛声频率，故 C 错误；光 波也可以产生多普勒效应，根据其规律可以计算星球相对地球的运动速度，故 D 正确。 【针对训练 1】 汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是 ACC 自适应巡航 控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。正在 匀速行驶的汽车使用的传感器主要是毫米波雷达， 该雷达会发射和接收调制过的 无线电波， 再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对 距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为 f，接收到的回波的频率为 f，则( ) A.当 f=f

8、 时，表明前车一定做匀速直线运动 B.当 f=f 时，表明前车一定处于静止状态 C.当 ff 时，表明前车正在减速行驶 D.当 ff 时，表明前车正在减速行驶 答案 C 解析 当声源和观察者之间的距离不变化时， 观察者接收到的频率和声源发出的 频率相等， 故当 ff时， 说明二者之间的距离不变， 表明前车与无人车速度相同， 但不一定做匀速直线运动，也不一定静止，故 A、B 错误；当 ff 时，说明接 收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故 C 正确；当 f f 时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车在加速行驶，故 D 错误。 探究 3 多普勒效应的应用 【例 3

9、】 (多选)(2020 淮安市新马中学高二期末)如图甲所示，男同学站立不动 吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，据图乙，下列关于女同学的感受的说 法正确的是( ) A.女同学从 A 向 B 运动过程中，她感觉哨声音调变高 B.女同学在点 C 向左运动时，她感觉哨声音调变低 C.女同学在点 C 向右运动时，她感觉哨声音调不变 D.女同学从 E 向 D 运动过程中，她感觉哨声音调变高 答案 AB 解析 女同学从 A 向 B 运动过程中，她靠近声源，根据多普勒效应，她感觉到 哨声音调变高，A 正确；女同学在 C 点向左运动时，她远离声源，她感觉到音 调变低，B 正确；女同学在 C 点向右运动时，她

10、靠近声源，根据多普勒效应，她 感觉到哨声音调变高，C 错误；女同学从 E 向 D 运动过程中，她远离声源，她 感觉到音调变低，D 错误。 【针对训练 2】 (2020 洮南市一中高二月考)有一测速雷达，发射电磁波的频率 为 f1，用它来测量一迎面开来的汽车的车速，设该雷达接收到的从汽车反射回来 的反射波的频率为 f2，则( ) A.f1f2 B.f1f2 C.f1f2 D.无法确定 答案 C 解析 由于是测量一迎面开来的汽车的车速，根据多普勒效应，因而接收的频率 应高于发射的频率，f1f2，C 正确。 1.(多普勒效应)(2020 东海县二中高二学业考试)如下图所示，向左匀速运动的小 车发出频

11、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( ) A.f1f，f2f B.f1f，f2f C.f1f，f2f D.f1f，f2f 答案 D 解析 波源朝向观察者运动时，观测频率大于静止的观测频率，波源远离观察者 运动时，观测频率小于静止的观测频率，D 正确。 2.(多普勒效应的应用)(2020 北大附中成都为明学校高二月考)公路上的雷达测 速仪的工作原理是利用( ) A.波的反射和多普勒效应 B.波的干涉和多普勒效应 C.波的干涉和波的反射 D.波的反射和共振 答案 A 解析 雷达测速主要是利用多普勒效应，当目标向雷达天线

12、靠近时，反射信号频 率将高于发射机频率；反之当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机 率， 如此根据频率的改变数值， 即可计算出目标与雷达的相对速度， A 正确， B、 C、D 错误。 3.(多普勒效应的应用)(2020 河南郑州高二学业考试)下列选项中没有利用多普 勒效应的是( ) A.利用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 运动速度 B.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波， 波被运动的汽车反射回 来，根据接收到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.铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D.有经验的战士利用炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是在接近还是在远去 答案 C 解析 利用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 球的运动速度是利用了多普勒效应，选项 A 错误；交通警察向行进中的汽车发 射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到波的频率发生 的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理，这是利用了多普勒效应，选 项 B 错误；铁路工人把耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况，这是利用声波 在固体中传播，没有利用多普勒效应，选项 C 正确；有经验的战士利用炮弹飞 行的尖叫声判断飞行炮弹是在接近还是在远去，这是利用了多普勒效应，选项 D 错误。