第四節多普勒效應[核心素養·明目標]核心素養學習目標物理觀念多普勒效應科學思維相對法理解多普勒效應科學探究探究聲波的多普勒效應科學態度與責任了解多普勒效應的應用知識點一認識多普勒效應1．定義如果波源或觀察者或兩者都相對于傳播介質運動，那么觀察者接收到的頻率與波源發出的頻率就不相同了．這樣的現象叫作多普勒效應．2．多普勒效應產生的原因(1)波源與觀察者相對靜止時，單位時間內通過觀察者的完全波的個數是一定的，觀察者觀測到頻率等于波源振動的頻率．(2)波源與觀察者相互靠近時，單位時間內通過觀察者的完全波的個數增加，觀察者觀測到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率增大．(3)波源與觀察者相互遠離時，觀察到的頻率變小．知識點二多普勒效應的應用1．鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運行方向和快慢．2．交警向汽車發射電磁波，通過分析反射回來的電磁波的頻率可以測出汽車的速度．3．根據光的多普勒效應，由地球上接收到遙遠天體發出的光波頻率，判斷遙遠天體相對地球的運動速度．4．利用彩色多普勒超聲圖像分析病情．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．(1)鐵路工人用耳貼在鐵軌上判斷火車的運動情況是利用多普勒效應． (×)(2)有經驗的戰士從炮彈飛行的聲音判斷飛行的炮彈是接近還是遠去． (√)(3)交警向行駛中的汽車發射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來時，根據接收到的波的頻率發生的變化，就可知汽車的速度，以便于交通管理． (√)(4)多普勒效應的發生是因為波源的振動頻率發生了變化． (×)2．(多選)下列說法中正確的是()A．發生多普勒效應時，波源的頻率變化了B．發生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發生了變化C．多普勒效應是在波源與觀察者之間有相對運動時產生的D．多普勒效應是由奧地利科學家多普勒首先發現BCD[該題考查對多普勒效應的理解．當波源和觀察者之間有相對運動時，會發生多普勒效應，C正確；但波源的頻率并沒有發生變化，A錯誤；多普勒效應產生的本質是觀察者接收到的頻率不等于波源頻率，它首先由奧地利科學家多普勒發現，B、D正確．]3．關于多普勒效應，下列說法中正確的是()A．多普勒效應是由波的干涉引起的B．多普勒效應說明波源的頻率發生變化C．多普勒效應是由于波源與觀察者之間有相對運動而產生的D．只有聲波才可以產生多普勒效應C[在多普勒效應中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動，觀察者感覺到的頻率發生了變化．多普勒效應是波動過程共有的特征，電磁波和光波也會發生多普勒效應．故選項C正確．]考點多普勒效應美國霍普金斯大學利用多普勒效應對蘇聯第一顆人造衛星進行了跟蹤試驗．科學家發現，當衛星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛星向遠地點運動時返回的信號頻率降低．(1)波源的頻率由誰決定？(2)觀察者接收到的頻率與哪些因素有關？提示：(1)由波源決定．(2)觀察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與觀察者的相對運動有關．1．發生多普勒效應時幾種情況的比較．相對位置圖示結論波源S和觀察者A相對介質不動f波源＝f觀察者，接收頻率不變波源S不動，觀察者A運動，由A→B或A→C若靠近波源，由A→B則f波源＜f觀察者，接收頻率變高；若遠離波源，由A→C則f波源＞f觀察者，接收頻率變低若觀察者A不動，波源S運動，由S1→S2f波源＜f觀察者，接收頻率變高2．當波源與觀察者相互接近，觀察者接收到的頻率f觀察者變大，反之觀察者接收到的頻率f觀察者變小．3．發生多普勒效應時，不論觀察者接收到的頻率發生了怎樣的變化，波源的真實頻率并不會發生任何變化．【典例】(多選)假如一輛汽車在靜止時喇叭發出聲音的頻率是300Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是()A．當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率大于300HzB．當汽車向你駛來時，聽到喇叭聲音的頻率小于300HzC．當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率大于300HzD．當汽車和你擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率小于300Hz[思路點撥]解答本題時應把握以下兩點：(1)當觀察者與波源的距離減小時，觀察者接收到的頻率變大．(2)當觀察者與波源的距離增大時，觀察者接收到的頻率變小．AD[當汽車向你駛來時，兩者距離減小，你單位時間內接收的聲波個數增多，頻率升高，將大于300Hz，故A選項正確；當汽車和你擦身而過后，兩者距離變大，你單位時間內接收的聲波個數減少，頻率降低，將小于300Hz，故D選項正確．]多普勒效應的分析方法(1)確定研究對象．(波源與觀察者)(2)確定波源與觀察者是否有相對運動．若有相對運動，能發生多普勒效應，否則不發生．(3)判斷：當兩者遠離時，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變．[跟進訓練]訓練角度1多普勒效應現象分析1．波源的振動頻率為f，當波源運動時，波源前方的靜止觀察者接收到的頻率為f1，波源后方的靜止觀察者接收到的頻率為f2，則有()A．f>f1B．f<f2C．f1<f2D．f1>f2D[f由波源每秒鐘所振動的次數決定，介質振動的頻率由波源頻率及波源相對介質是否移動來決定，當觀察者遠離波源過程中，觀察者接收到的機械波頻率比觀察者靜止時接收到的頻率小；當觀察者靠近波源過程中，觀察者接收到的機械波頻率比觀察者靜止時接收到的頻率大，所以f>f2，f1>f，由上可知f1>f2，故D正確，A、B、C錯誤．]訓練角度2多普勒效應應用2．(多選)關于多普勒效應的應用，下列說法中正確的是()A．星系譜線的“紅移”現象B．利用多普勒效應可以從火車的笛聲中判斷出運動方向C．利用多普勒效應可以判斷遙遠的天體相對地球的運動速度D．目前在技術上人們只能應用聲波發生的多普勒效應ABC[A、B、C是多普勒效應的三個應用，多普勒效應在光波、聲波、電磁波等都有應用，故D錯．]1．物理觀念：多普勒效應．2．科學思維：觀察者接收到的頻率分析．3．科學態度與責任：多普勒效應的應用．1．(多選)靜止在站臺上的火車鳴笛，站在遠處的人聽到了汽笛聲．后來他又聽到這列火車行駛時的汽笛聲．他根據聽到的汽笛聲音判斷火車行駛的方向．以下判斷正確的是()A．當聽到的聲音音調變低，則火車離他遠去B．當聽到的聲音音調變低，則火車向著他駛來C．當聽到的聲音音調變高，則火車離他遠去D．當聽到的聲音音調變高，則火車向著他駛來AD[當聽到的聲音音調變低，說明接收到的聲音的頻率變小，表明火車離他遠去，故A正確，B錯誤；當聽到的聲音音調變高，說明接收到的聲音的頻率變大，則火車向著他駛來，故C錯誤，D正確，故選A、D．]2．下列科學技術在實際的應用中不是應用多普勒效應的是()A．醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速B．技術人員用超聲波檢測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡C．交警向行進中的車輛發射頻率已知的超聲波，根據反射波頻率變化檢測車的速度D．利用地球上接收到遙遠天體發出的光的頻率來判斷遙遠天體遠離或靠近地球的速度B[醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速利用聲波的多普勒效應；技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡利用的是超聲波的穿透能力強，與多普勒效應無關；交通警察對行進中的汽車發射一個已知頻率的超聲波，波被運動的汽車反射回來，根據接收到的頻率發生變化，來知道汽車的速度，以便于進行交通管理，利用了多普勒效應；利用地球上接收到遙遠天體發出的原子光譜線的移動來判斷遙遠天體相對地球運動的速度，利用了多普勒效應，本題選不是應用多普勒效應的，故選B．]3．(多選)如圖所示是一個機械波的波源S做勻速運動的情況，圖中的圓表示機械波的波面，A、B、C、D是四個觀察者的位置，由圖可以看出()A．波源正在向A運動B．波源正在向C運動C．處在B點的觀察者接收到的波的頻率最低D．處在A點的觀察者接收到的波的頻率最高ACD[由圖可知：波源正在向A運動，故處在A點的觀察者接收到的波的頻率最高，處在B點的觀察者接收到的波的頻率最低，故A、C、D對，B錯．]4．如圖所示，在公路的十字路口東側路邊，甲以速度v1向東行走，在路口北側，乙站在路邊，一輛汽車以速度v2通過路口向東行駛并鳴笛，已知汽車笛聲的頻率為f0，車速v2>v1．甲聽到的笛聲的頻率為f1，乙聽到的笛聲的頻率為f2，司機自己聽到的笛聲的頻率為f3，則此