高中物理 第十二章 机械波 5 多普勒效应互动课堂学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP专享VIP免费

5多普勒效应互动课堂疏导引导1.多普勒效应及其成因（1）多普勒效应由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象.实质：波源的频率没有变化，而观察者接收到的频率发生了变化.（2）相对运动与接收频率的关系①波源与观察者相对静止：观察者接收到的频率等于波源的频率.②波源与观察者相互接近：观察者接收到的频率增大.③波源与观察者相互远离：观察者接收到的频率减小.（3）多普勒效应的成因①如图12-7-1A所示，波源和观察者都不动，设波源频率为20Hz，则波源每秒发出20个完全波，所以每秒经过观察者20个完全波，这时观察者接收到的频率等于波源的频率.②如图12-7-1B所示，波源不动，观察者向波源运动，人耳在1s内由位置A移到位置B，虽然波源每秒仍发出20个完全波，但观察者每秒却接收到21个完全波，即二者相互接近时，观察者接收到的频率大于波源的频率，反之，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率小于波源的频率.图12-7-1③如图12-7-1C所示，波源向右运动，观察者不动，波源由S1运动到S2，波源右方的波面变得密集，因波速不变，波长变短，右方观察者接收到的频率大于波源的频率；左方的波面变得稀疏，波长变长，左方观察者接收到的频率小于波源的频率.2.如何计算波源频率和观察者接收到的频率v1表示波源对介质的速度，v表示波的传播速度，f与f′分别表示波源频率和观察者接收到的频率.(1)若观察者R静止，波源S以速度v1向观察者靠近，波速v与波源的运动无关，而波源S每发出一个完全波就向R移近了v1T,故对R来说，波长缩短了v1T，即λ′=λ-v1T=fvfv1fvv1，观察者接收（感觉）到的频率为fvvvvf1;当波源S以速度v1远离观察者时，fvvvf1.（2）若波源S不动，观察者R以速度v2向S运动，经时间t向S运动了v2t的距离，同时波背离波源S传播了vt，观察者R感觉到的频率（即通过它的波的个数）为ttvvtf21fvvfvvv)1(22；观察者以速度v2远离波源S时，.)1(2fvvf注意：有关多普勒问题的计算较难，学习中应侧重于现象分析.活学巧用1.如图12-7-2表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰.图12-7-2（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）波源正在移向（）A.A点B.B点C.C点D.D点（3）观察到波的频率是低的点是（）A.A点B.B点C.C点D.D点思路解析：（1）图示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况.选项D正确.（2）由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，选项A正确.（3）由于波源远离B点，所以在B点观察到波的频率最低，选项B正确.答案：（1）D（2）A（3）B2.警车上的警笛，每隔0.5s响一次，一个人坐在以60km/h的速度向警车行驶的汽车上，求此人在5min内听到声音的次数是多少？（声音在空气中的传播速度为320m/s）思路解析：响声在空气中的间隔类似于一个波长为λ=320×0.5m=160m的波，人与声音的相对速度v=320m/s+smsm/31010/350，由HzHzvf480101016031010,所以n=f·t=4803030003004801010=631次.答案：631次3.一个观察者在铁路旁，当火车迎面驶来时，他听到的汽笛声频率为f1=440Hz；当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声的频率f2=392Hz.若大气中声速约为330m/s，求火车的速度和火车汽笛发声的频率f0.思路解析：设火车的速度为V，声速为v.当火车靠近时，声波的波长被压缩为λ′=vT-VT=0fVv,观察者听到的频率Vvvfvf01即Vf3303304400①2同理，当火车远离时，有Vf3303303920②联立①②解得：V=19.0m/s,f0=415Hz.答案：V=19.0m/sf0=415Hz3