高中物理 第十二章 机械波 5 多普勒效应课堂互动学案 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多普勒效应课堂互动三点剖析1.多普勒效应(1)多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者才“感觉”到频率发生了变化。在介质相对波源静止的情况下，介质中的各个质点的振动情况仍与波源相同。(2)当波源与观察者有相对运动，两者相互接近时，观察者接收到的频率增大；两者相互远离时，观察者接收到的频率减小。其实，反过来说也是正确的：当观察者根据经验感觉到接收到的频率比波源应有的频率高时，说明波源和观察者的距离正在减小；当观察者根据经验感觉到接收到的频率比波源应有的频率低时，说明波源和观察者的距离正在增大。(3)波源向观察者匀速靠近时，观察者听到的频率增高，这是跟两者无相对运动时比较而言的。当波源和观察者匀速靠近时，观察者听到一个频率比波源高但频率一定的声波，并非越来越高。2.多普勒效应产生原因的定量分析设u表示波源对介质的速度，v表示观察者对介质的速度，V表示波的传播速度；f和f′分别表示波源频率和观察者接收到的频率。(1)波源和观察者相对介质都不动：单位时间内波源振动f次，波传播距离是V，即发出的波分布在长度V上，共有f个波长，观察者接收到的频率是单位时间内通过观察者的完全波数，故f′=V=f，即接收到的频率等于波源的频率。(2)波源相对介质不动，而观察者向波源运动：则波对观察者的速度为(v+V)，据公式λ=fV，知f′=fVvvV)1(。即接收到的频率增加为波源频率的(1+Vv)倍。同理可知，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率为(1-Vv)f。(3)观察者静止，波源以速度u向观察者运动：波速V与波源的运动无关，但波长被压缩为λ′=λ-uT。故观察者接收到的频率f′=fuVVuTVTVuTV。即接收到的频率增大，反之，即波源远离观察者时，接收到的频率减小。各个击破【例1】如图12-7-1所示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。(1)该图表示的是()图12-7-1A.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________点移动()A.A点B.B点C.C点D.D点1(3)观察到波的频率最高的点是()A.A点B.B点C.C点D.D点解析：(1)波源运动，造成有的方向波面变密，有的方向波面变疏，在波面变疏变密的地方，观察者接收到的频率与波源发出的频率不同，这种现象是多普勒效应。(2)波源运动时在波源前方的波面变密，后方的波面变疏，据此结合图象可知波源正在向A点移动。(3)波源O在向A点靠近，故A点处观察到波的频率比波源的高。波源O在远离B点，在B点接收到的频率比波源频率低。图示时刻波源也在远离C、D点，C、D点上接收到的频率也比波源频率低，故在A点观察到的频率最高。答案：(1)D(2)A(3)A【例2】一警车上的警报器发射频率f=1000Hz的声波，警车远离静止的观察者向一悬崖行驶，车速v=10m/s，已知声音在空气中的传播速度为V=330m/s，试问：(1)观察者直接从警报器听到的声音频率是多大？(2)观察者听到从悬崖反射的声音频率是多大？解析：首先应分清楚三个速度，即波的传播速度、波源的速度、观察者的速度，当波源背离观察者运动时，相当于波长变长；观察者听到从悬崖反射回的声音，相当于有一声源以速度v靠近观察者，此时波长变短。(1)当警车远离观察者时，其波长增大vT，则单位时间通过观察者的完全波的个数，即观察者听到的声音频率为f′=10330330fvVV×1000Hz=970.6Hz(2)观察者听到从悬崖反射的声音，等效于有一波源以速度v靠近静止的观察者所发声音，此时波长减小vT，所以观察者听到从悬崖反射的声音频率为f′′=10330330fvVV×1000Hz=1031Hz。答案：(1)970.6Hz(2)1031Hz方法点拨此题的易错点是：认为从悬崖反射回来的声波和正常情况一样不发生多普勒效应，或者认为人听到的声波频率和警车远离时人听到的声波频率相同。2