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新人教版 選擇性必修一
第三章 機(jī)械波
第5節(jié) 多普勒效應(yīng)
當(dāng)火車向你駛來時(shí)，感覺音調(diào)變高；當(dāng)火車離你遠(yuǎn)去時(shí)，感覺音調(diào)變低。這到底是怎么回事？
新課引入
當(dāng)波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者會(huì)感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫多普勒效應(yīng).
1842年，奧地利物理學(xué)家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時(shí)就注意到了，當(dāng)火車向你駛來時(shí)，感覺音調(diào)變高；當(dāng)火車離你遠(yuǎn)去時(shí)，感覺音調(diào)變低。的現(xiàn)象。（音調(diào)由頻率決定，頻率高音調(diào)高；頻率低音調(diào)低）．
奧地利物理學(xué)家多普勒（1803——1853）
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
1.實(shí)驗(yàn)演示
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
聽到的聲音的音調(diào)在變化
頻率
1.實(shí)驗(yàn)演示
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
2.模擬實(shí)驗(yàn)
當(dāng)波源和觀察者都相對(duì)介質(zhì)靜止時(shí)。
1.如圖，觀察者靜止不動(dòng)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個(gè)人經(jīng)過。
觀測者每分鐘觀察人數(shù)等于“過人頻率”
S
A
設(shè)波源頻率為f, 觀察者接收到的頻率為f ′
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
當(dāng)波源相對(duì)介質(zhì)靜止，觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)時(shí)
2.如圖，當(dāng)觀察者逆著隊(duì)伍行走時(shí)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個(gè)人經(jīng)過。
觀測者每分鐘觀察人數(shù)大于“過人頻率”
設(shè)波源頻率為f, 觀察者接收到的頻率為f ′
B
A
S
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
當(dāng)波源相對(duì)介質(zhì)靜止，觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)
3.如圖，當(dāng)觀察者與隊(duì)伍同向行走且速度比隊(duì)伍的小時(shí)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個(gè)人經(jīng)過。
觀測者每分鐘觀察人數(shù)小于“過人頻率”
設(shè)波源頻率為f, 觀察者接收到的頻率為f ′
B
A
S
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
3.思考和討論
單位時(shí)間內(nèi)，那邊接收到的完全波的個(gè)數(shù)多？
波源的頻率：單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出完全波的個(gè)數(shù)
接收到的頻率：單位時(shí)間內(nèi)觀察者接收到完全波的個(gè)數(shù)
總之：當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，觀察者接收到的頻率增大；相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率減小，距離不變時(shí)，觀察者接收到的頻率也不變（例：二者同速同向運(yùn)動(dòng)、波源繞觀察者做圓周運(yùn)動(dòng)接收到的頻率都不變）
4.對(duì)多普勒效應(yīng)的理解：
注意：
①在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不變的，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化
②多普勒效應(yīng)也是波特有的現(xiàn)象，不僅機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)
學(xué)習(xí)任務(wù)一：多普勒效應(yīng)
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處是它初始位置。圖示為恰經(jīng)10個(gè)周期時(shí)觀察到的水面波。下列說法正確的是（　　）
A．位于x軸正方向一側(cè)的觀測者，接收頻率大于5Hz
B．位于x軸負(fù)方向一側(cè)的觀測者，接收頻率大于5Hz
C．水面波的傳播速度是0.2m/s，小球勻速移動(dòng)的速度是0.1m/s
D．水面波的傳播速度是0.4m/s，小球勻速移動(dòng)的速度是0.2m/s
典例分析
AC
例題1
典例分析
例題2
小明同學(xué)將一個(gè)以電池為電源的蜂鳴器固定在長竹竿的一端，閉合開關(guān)后聽到它發(fā)出聲音。現(xiàn)用竹竿把蜂鳴器舉起并在頭頂快速做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，蜂鳴器從A轉(zhuǎn)動(dòng)到B的過程中的某位置，小明及甲、乙三位同學(xué)聽到蜂鳴器發(fā)出聲音的頻率分別為f1,f2,f3。則（　　）
A．f3 >f1 >f2 B．f1 =f2 =f3 C．f2 >f1 =f3 D．f1 >f2=f3
【答案】A
【詳解】多普勒效應(yīng)是指波源或觀察者發(fā)生移動(dòng)而使兩者間的位置發(fā)生變化，使觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，當(dāng)蜂鳴器靠近觀察者時(shí)，聽到的蜂鳴器的音調(diào)變高，當(dāng)蜂鳴器遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聽到的蜂鳴器的音調(diào)變低。所以f3 >f1 >f2，故選A。
1.多普勒測速儀
雷達(dá)測速儀向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。
學(xué)習(xí)任務(wù)二：多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
2.醫(yī)用“彩超”
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。這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。
學(xué)習(xí)任務(wù)二：多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
3.測量其它星系向著還是遠(yuǎn)離地球運(yùn)動(dòng)的速率
理論和實(shí)驗(yàn)都證明，光波或電磁波都有多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用。宇宙中的星球都在不停地運(yùn)動(dòng)。測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，就可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。
天眼利用多普勒效應(yīng)觀察其他星系
學(xué)習(xí)任務(wù)二：多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練
1.(多選)關(guān)于多普勒效應(yīng),下列說法中正確的是(　 　)
A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),觀察者接收到的頻率和波源的頻率都變化了
B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí),觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化,但波源的頻率不變
C.多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的
D.多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的,它適用于一切波
BCD
2.（多選）下列哪些現(xiàn)象屬于多普勒效應(yīng)(　　)
A．利用地球上接收到的遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(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)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來，根據(jù)接收到的電磁波頻率發(fā)生的變化，就能知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理
C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動(dòng)情況
D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲就能判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去
ABD
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練
3.單音源發(fā)生器裝置在小車上，其發(fā)音頻率為f0。圖1中小車沿一圓形跑道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，觀察者甲靜止于圓心處，測得頻率為f1；圖2中小車沿直線向左勻速運(yùn)動(dòng)，觀察者乙、丙靜止于該直線上，丙在乙的右側(cè)，觀察者乙測得頻率為f2，觀察者丙測得頻率為f3，則（　　）
A．
B．
C．
D．f1時(shí)而大于f0時(shí)而小于f0，
典例分析
C
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練
4. 如圖所示為由波源S發(fā)出的波某一時(shí)刻在介質(zhì)平面中的情形,實(shí)線為波峰,虛線為波谷,設(shè)波源頻率為20 Hz,且不運(yùn)動(dòng),而觀察者在1 s內(nèi)由A運(yùn)動(dòng)到B,
觀察者接收到多少個(gè)完整波 設(shè)波速為340 m/s,則要讓觀察者完
全接收不到波,他每秒要運(yùn)動(dòng)多少米
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練
[解析] 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波的個(gè)數(shù)就等于觀察者接收到的頻率.如果觀察者不動(dòng),則1 s內(nèi)觀察者接收的完整波的個(gè)數(shù)應(yīng)為20個(gè),然而當(dāng)觀察者從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,所能接收到的完整波的個(gè)數(shù)正好比不運(yùn)動(dòng)時(shí)少1個(gè),即他只接收到19個(gè)完整波.
要想讓觀察者完全接收不到波,他必須隨同所在的波峰一起運(yùn)動(dòng)并遠(yuǎn)離波源.由x=vt得x=340×1 m=340 m,即觀察者每秒要遠(yuǎn)離波源340 m.
5.如圖所示,將上下振動(dòng)的振針?biāo)揭苿?dòng),移動(dòng)過程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形,下列說法正確的是 ( )
A.振針在向右移動(dòng)
B.振針在向左移動(dòng)
C.在A處的觀察者,接收到的水波頻率不變
D.在A處的觀察者,接收到的水波頻率變大
A
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練
[解析] 振針前進(jìn)方向上的水波變得密集,在其移動(dòng)反方向的水波變得稀疏,因此振針在向右移動(dòng),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;
波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí),觀察者接收到的頻率變小,即在A處的觀察者,接收到的水波頻率變小,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.

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