高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应图文ppt课件
展开知识点一 多普勒效应
1.1842年,奥地利物理学家多普勒在铁道旁散步时发现火车离他越来越近时,音调变高,火车远离他时,音调变低.你知道人们把这种现象叫什么吗?
答案:波源与观察者相互靠近或者相互远离时,接收到的波的频率都会发生变化.人们把这种现象叫作多普勒效应.
2.坐在行驶着的火车上的乘客,能感受到汽笛的音调发生变化吗?站台的乘客呢?当火车远离观察者时,站台上的乘客听到的汽笛的声音越来越小,这种现象是多普勒效应吗?
答案:坐在行驶着的火车上的乘客不能感受到汽笛的音调发生变化,因为声源相对观察者是静止的;站台上的乘客能感到汽笛音调发生变化,因为声源相对观察者是运动的.多普勒效应指的是接收到的频率发生变化的情况,即音调发生变化的情况,而声音大小指的是响度.
3.多普勒效应中波源振动的频率发生变化了吗?只有机械波才能产生多普勒效应吗?
答案:多普勒效应是在波源与观察者有相对运动时,观察者接收到的频率发生变化的现象.波源振动的频率并没有发生变化,只是观察者感受到的频率发生了变化.多普勒效应是波共有的特征,电磁波也有多普勒效应.
知识点二 多普勒效应的应用
1.炮弹迎面飞来,声音刺耳,这种现象是多普勒效应吗?
答案:炮弹迎面飞来时,炮弹和空气摩擦发出声音,声音传到人耳中,频率变高,即声音刺耳,这种现象是多普勒效应.
2.如图甲所示,A同学站立不动吹哨子,B同学坐在秋千上来回摆动.
(1)B同学从点A向点E运动过程中,她感觉哨声的音调如何变化?
答案: B同学荡秋千的过程中,只要她有向右的速度,她都有靠近声源的趋势,根据多普勒效应,她都感到哨声的音调变高.
(2)B同学从点E向点A运动过程中,她感觉哨声的音调如何变化?
答案:B同学荡秋千的过程中,只要她有向左的速度,她都有远离声源的趋势,根据多普勒效应,她都感到哨声的音调变低.
3.阅读教材第75~76页,多普勒效应在实际生活中都有哪些应用?
答案:多普勒测速仪,多普勒超声诊断仪,根据多普勒效应可算出其他星球靠近或远离地球运动的速度.
1.声源与观察者相互靠近时,声源振动的频率增大.( )2.当波源和观察者向同一个方向运动时,一定会发生多普勒效应.( )3.观察者静止,若听到火车鸣笛声的音调越来越高,则说明火车正从远处靠近观察者.( )4.只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应.( )5.如果波源静止,就观察不到多普勒效应.( )6.当声源远离观察者运动时,声源振动的频率不变,观察者接收到的频率变低.( )
S处有一波源,A处有一观察者,图中的圆表示波峰.
答案:波源和观察者都不动,观察者接收到的波的频率与波源振动的频率一样.
1.如图甲所示,波源和观察者都静止时接收到的波的频率和波源振动的频率是一样的吗?
2.如图乙所示,当波源不动,观察者由A向B靠近波源运动时,观察者接收到的频率会改变吗?
答案:波源不动,波源发出波的频率不变,观察者向波源由A点运动到B点,观察者接收到的频率增大.
3.如图乙所示,当波源不动,观察者由A向C远离波源运动时,观察者接收到的频率会改变吗?
答案:波源不动,观察者远离波源运动到C点,观察者接收到的频率减小.
答案:波源向右运动靠近观察者时,观察者接收到的频率增大.波源向左运动远离观察者时,观察者接收到的频率减小.
4.如图丙所示,当观察者不动,波源向右或向左运动时,观察者接收到的频率会改变吗?
5.根据以上分析,思考发生多普勒效应的原因是什么?多普勒效应与波源到观察者的距离有关吗?是距离越近,越容易发生多普勒效应吗?
答案:发生多普勒效应的原因是波源和观察者间有相对运动.能否发生多普勒效应仅取决于波源和观察者间的距离是否变化,与距离的大小没有关系.
1.多普勒效应:波源与观察者相互靠近或者相互远离时,接收到的波的频率都会发生变化.人们把这种现象叫作多普勒效应.2.成因:当波源与观察者相互靠近时,观察者接收到的频率变大;当波源与观察者相互远离时,观察者接收到的频率变小.
3.对多普勒效应的理解(1)多普勒效应是波共有的特征,机械波和电磁波都有多普勒效应.(2)发生多普勒效应时,波源发出的频率不变,变化的是观察者接收到的频率.(3)当波源与观察者相互靠近或相互远离而匀速运动时,观察者“感觉”到的频率变大或变小,但不是越来越大或越来越小.
【典例1】产生机械波的波源O做匀速运动的情况如图所示,图中的圆表示波峰.
(1)该图表示的是( )A.干涉现象B.衍射现象C.反射现象D.多普勒效应(2)波源正在向哪处移动( )A.AB.BC.CD.D(3)观察到波的频率最低的位置是( )A.AB.BC.CD.D
解析:题图表示的是多普勒效应,波源的左边波长较小,说明波源正向左运动,因此A处的观察者接收到的频率最高,B处的观察者接收到的频率最低.
答案:(1)D (2)A (3)B
判断多普勒效应是否发生的方法(1)确定研究对象(波源与观察者).(2)确定波源与观察者间是否有相对运动.若有相对运动,则发生多普勒效应;反之,不发生.(3)判断:当二者相互远离时,观察者接收到的波的频率变小;当二者相互靠近时,观察者接收到的波的频率变大.波源的频率不变.
探究二 多普勒效应的应用
1.阅读教材第75~76页,思考交通警察是如何利用多普勒效应测速的?
答案:交通警察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.阅读教材第76页,思考“彩超”中是如何应用多普勒效应的?
答案:医生向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收.测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度.
多普勒效应的应用(1)多普勒测速仪:测速仪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)多普勒超声诊断仪:向人体内发射已知频率的超声波,超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度,从而诊断病情.(3)根据多普勒效应可算出其他星球靠近或远离地球的速度.(4)在日常生活中,有经验的铁路工人可以根据火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢.
【典例2】公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,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,巡警车接收到的电磁波频率比发出时低.(1)此现象属于( )A.波的衍射 B.波的干涉C.多普勒效应D.波的反射(2)若该路段限速为100 km/h,则该轿车是否超速?(3)若该轿车以20 m/s的速度行驶,则巡警车接收到的频率应怎样变化?
答案: (1)C (2)超速 (3)变大
解析:(1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时低,此现象为多普勒效应,选项C正确.(2)因为巡警车接收到的频率变低,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,可判断轿车车速比巡警车车速大,即轿车的速度大于100 km/h,故该轿车超速.(3)若该轿车以20 m/s的速度行驶,由20 m/s=72 km/h<100 km/h知,此时巡警车与轿车在相互靠近,由多普勒效应知巡警车接收到的频率应变大.
1.(多选)下列说法正确的是( )A.发生多普勒效应时,波源振动的频率变化了B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生了变化C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的
解析:发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生了变化,而波源振动的频率并没有改变,故选项A错误,选项B正确;当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应,选项C正确;此现象是由奥地利物理学家多普勒首先发现的,选项D正确.
2.(多选)一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( )A.波速变大 B.波速不变C.频率变高 D.频率不变
解析:同一列波在同一介质中的速度不变,被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变;渔船与鱼群发生相对运动,由多普勒效应知,反射回来的超声波的频率变高.选项B、C正确.
3.(多选)假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300 Hz,在汽车向你驶来又擦身而过的过程中,下列说法正确的是( )A.当汽车向你驶来时,听到喇叭声音的频率大于300 HzB.当汽车向你驶来时,听到喇叭声音的频率小于300 HzC.当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率大于300 HzD.当汽车和你擦身而过后,听到喇叭声音的频率小于300 Hz
解析:当汽车向你驶来时,二者距离减小,单位时间内接收到的声波个数增多,频率升高,将大于300 Hz,选项A正确;当汽车和你擦身而过后,二者距离变大,单位时间内接收到的声波个数减少,频率降低,将小于300 Hz,选项D正确.
4.(多选)下列应用利用了多普勒效应的是( )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.我们可以通过摩托车的声音的大小判定摩托车是远去还是接近我们C.铁路工人是根据音调的高低对列车的运动情况做出判断的D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去
解析: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测定遥远星体相对地球运动的速度,故选项A正确.多普勒效应指的是接收到的频率发生变化的情况,即音调发生变化的情况,而声音大小指的是响度,故选项B错误.铁路工人是根据音调(频率)的变化对列车的运动情况做出判断的,选项C正确.炮弹飞行,与空气摩擦产生声波,人耳接收到的频率与炮弹与人的相对运动方向有关,选项D正确.
5.新型动车组列车速度可达300 km/h,与该列车发出汽笛声的音调相比,(1)站在行驶的列车前方路旁的人听到的汽笛声音调 (选填“偏高”或“偏低”).站在行驶的列车后方路旁的人听到的汽笛声音调 (选填“偏高”或“偏低”). (2)迎面驶来的另一列车上的乘客听到的汽笛声音调怎样?此时列车汽笛声的音调变化了吗?(3)坐在该新型动车组列车上的乘客听到的汽笛声音调怎样?
解析:(1)站在行驶的列车前方路旁的人与列车的距离在减小,因此听到的汽笛声音调偏高,站在行驶的列车后方路旁的人与列车的距离在增大,因此听到的汽笛声音调偏低.(2)迎面驶来的列车上的乘客听到的汽笛声音调偏高,此时列车汽笛声的音调不变.(3)坐在该列车上的乘客与列车的相对位置不变,故听到的汽笛声音调不变.
答案:(1)偏高 偏低 (2)偏高 没变 (3)音调不变
情境与问题 (多选)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,它可以控制无人驾驶车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去.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与目标的相对距离和相对速度.若某次无人驾驶汽车沿直线匀速行驶,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f'>f时,表明前车正在减速行驶D.当f'
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