高中物理第十二章机械波多普勒效应惠更斯原理学案新人教版选修

12.5 多普勒效应12.6惠更斯原理
[目标定位] 1.了解多普勒效应，并能运用多普勒效应解释一些物理现象.2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理.3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象，并能用惠更斯原理进行解释．
一、多普勒效应
[问题设计]
有经验的铁路工人可以从火车汽笛声判断火车的运行方向和快慢，请你说一说他们是根据什么作出的判断．
[要点提炼]
1．多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率发生变化的现象．2．多普勒效应产生的原因分析：
(1)相对位置变化与频率的关系(规律)：
相对位置图示结论
波源S和观察者A相对静止，如图所示f观察者＝f波源音调不变
波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示若靠近波源，由A→B，则f观察者>f
波源，音调变高；若远离波源，由A →C，则f观察者<f波源，音调变低
观察者A不动，波源S运动，由S→S′，如图所示f观察者>f波源音调变高
(2)成因归纳：发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动．二者互相靠近时，观察者接收到的频率变高，互相远离时，观察者接收到的频率变低．
3．发生多普勒效应时，波源产生的波的频率并没有变化，只是观察者接收到的波的频率发生了变化．4．多普勒效应是波的特性，不是只有机械波会产生多普勒效应，后面所学的光波、电磁波也会产生这一
现象．
二、波面、波线、惠更斯原理
[问题设计]
把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么会组成一个个圆吗？
[要点提炼]
1．波面：在波的传播过程中，任一时刻介质中的点组成的面叫做波面．
2．波线
波线是指与波面垂直的那些线，它代表了波的如图1所示．
图1
3．惠更斯原理
介质中任一波面上的各点，都可以看做的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的就是新的波面．
4．惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的，无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的的关系．
三、波的反射和折射
[问题设计]
1．对着山崖或高墙说话时，能听到回声；夏日的雷声在云层间轰鸣不绝，你知道这是怎么回事吗？2．波不仅有反射现象，也有折射现象，请用惠更斯原理解释波的反射和折射现象．
[要点提炼]
1．波的反射
(1)定义：波遇到介质界面会继续传播的现象．
(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的．
2．波的折射
(1)波从一种介质另一种介质时，波的发生改变的现象．
(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变．
(3)波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中传播不同．
[延伸思考]
机械波在两介质的界面上发生反射和折射现象时，波的频率f、波速v、波长λ是否变化？
一、对多普勒效应的理解
例1关于多普勒效应，以下说法中正确的是( )
A．发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化
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．只有声波才能产生多普勒效应
例2如图2甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是( )
图2
A．女同学从A向B运动过程中，她感受哨声音调变高
B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高
C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变
D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低
二、对惠更斯原理的理解
例3对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( )
A．同一波面上的各质点振动情况完全相同
B．同一波面上的各质点振动情况可能不相同
C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面
D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直
三、波的反射和折射及应用
例4图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )
图3
A．2与1的波长、频率相等，波速不等
B．2与1的波速、频率相等，波长不等
C．3与1的波速、频率、波长均相等
D．3与1的频率相等，波速、波长均不等
1.(多普勒效应)关于多普勒效应，下列说法中正确的是( )
A．当波源与观察者有相对运动时，才会发生多普勒效应
B．当波源与观察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应
C．只有机械波才能发生多普勒效应
D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应
2．(惠更斯原理)下列说法中正确的是( )
A．只有平面波的波面才与波线垂直
B．任何波的波线与波面都相互垂直
C．任何波的波线都表示波的传播方向
D．有些波的波面表示波的传播方向
3．(波的折射)一列声波从空气传入水中，已知水中波长较大，则( )
A．声波频率不变，波速变小
B．声波频率不变，波速变大
C．声波频率变小，波速变大
D．声波频率变大，波速不变
4．(波的反射)某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m．海面上发出的声音经0.4 s听到回声，则海水深为多少？
题组一对多普勒效应的理解
1．火车上有一个声源发出频率一定的乐音．当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调．以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是( )
A．观察者静止，火车向他驶来
B．观察者静止，火车离他驶去
C．火车静止，观察者乘汽车向着火车运动
D．火车静止，观察者乘汽车远离火车运动
2．下面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．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理
C．铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况
D．有经验的战士利用炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去
3．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，如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，说明那辆轿车的车速( )
A．高于100 km/h B．低于100 km/h
C．等于100 km/h D．无法确定
4．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率．若u增大，则( )
A．f增大，v增大 B．f增大，v不变
C．f不变，v增大 D．f减小，v不变
题组二对惠更斯原理的理解
5．关于惠更斯原理、波的反射、波的折射，下列说法正确的是( )
A．惠更斯原理能够解释所有波的现象
B．子波的波速与频率等于波源的波速和频率
C．用惠更斯原理不能解释波的衍射现象
D．同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反
E．波在两介质的界面发生反射和折射时，反射波和折射波的频率不发生变化
6．下列说法中正确的是()
A．水波是球面波
B．声波是球面波
C．只有横波才能形成球面波
D．只有纵波才能形成球面波
题组三波的反射和折射
7．以下关于波的认识，哪些是正确的( )
A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
C．雷达的工作原理是利用波的干涉
D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
8．人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，是因为( )
A．室内空气不流动
B．室内声音多次被反射
C．室内声音发生折射
D．室内物体会吸收声音
题组四综合应用
9．声波从声源发出，在空中向外传播的过程中( )
A．波速在逐渐变小 B．频率在逐渐变小
C．振幅在逐渐变小 D．波长在逐渐变小
10．如图1所示为产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
图1
(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．A B．B
C．C D．D
(3)观察到波的频率最低的位置是( )
A．A B．B
C．C D．D
11．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲的发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( )
A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率
C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率
D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
12．一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来的位置有多远？
13．一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；
(2)声波在这种介质中的传播速度的大小．
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示，其中C为ND段电势最低的点，则下列说法正确的是
A．q1、q2为等量异种电荷
B． C、D两点间场强方向沿x轴正方向
C．C点的电场强度大小为零
D．将一负点电荷从N点移到D点的过程中，电势能先减小后增大
2．图甲为小型发电机的结构简图,通过线圈在两磁极间转动给小灯泡供电,已知小灯泡获得的交变电压如图乙。

则下列说法正确的是
A．甲图中电压表的示数为
B．乙图中的0时刻就是甲图所示时刻
C．乙图中0.5×10-2s时刻,穿过甲图中线圈的磁通量最小
D．乙图中1.0×10-2s时刻,穿过甲图中线圈的磁通量最小
3．如图,半圆形光滑轨道固定在水平地面上,半圆的直径与地面垂直,一小物块以速度v从轨道下端滑入轨
道,并从轨道上端水平飞出,小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关,此距离最大时,对应的轨道半径为(重力加速度为g)( )
A．B．C．D．
4．如图所示，长L、质量m的极其柔软的匀质物体在台面上以水平速度v0向右运动，台面上左侧光滑，右侧粗糙，该物体前端在粗糙台面上滑行S距离停下来．设物体与粗糙台面间的动摩擦因数为μ，则物体的初速度v0为（）
A．B．C． D．
5．如图所示，质子(H)、氘核(H)和粒子(He)都沿平行板电容器两板中线OO＇方向垂直于电场线射入板间的匀强电场，射出后都打在同一个与OO＇垂直的荧光屏上，使荧光屏上出现亮点。

下列说法中正确的是
A．若它们射入电场时的速度相等，在荧光屏上将出现3个亮点
B．若它们是由同一个电场从静止加速后射入此偏转电场的，在荧光屏上将只出现1个亮点
C．若它们射入电场时的动能相等，在荧光屏上将只出现1个亮点
D．若它们射入电场时的质量与速度乘积相等，在荧光屏上将只出现2个亮点
6．图是某质点运动的速度图像，由图像得到的正确结果是
A．0~1 s内的平均速度是2m/s
B．0~1s内的位移大小是3 m
C．0~1s内的加速度大于2~4s内的加速度
D．0~1s内的运动方向与2~4s内的运动方向相反
二、多项选择题
7．下列说法中正确的是
A．一定质量的气体吸热后温度一定升高
B．布朗运动是悬浮在液体中的花粉颗粒和液体分子之间的相互碰撞引起的
C．知道阿伏加德罗常数和气体的密度就可估算出气体分子间的平均距离
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
E. 单位体积的气体分子数增加，气体的压强不一定增大
8．水平放置的平行板电容器与电源相连，下极板接地。

带负电的液滴静止在两极板间P点，以E表示两极板间的场强，U表示两极板间的电压，φ表示P点的电势。

若电容器与电源断开，保持下极板不动，将上极板稍微向上移到某一位置，则
A．U变大，E不变，φ不变B．U不变，E变小，φ降低
C．液滴将向下运动D．液滴仍保持静止
9．如图所示，质量分别为m和2m的A、B两个木块间用轻弹簧相连，放在光滑水平面上，A靠紧竖直墙．用水平力F将B向左压，使弹簧被压缩一定长度，静止后弹簧储存的弹性势能为E．这时突然撤去F，关于A、B和弹簧组成的系统，下列说法中正确的是（）
A．撤去F后，系统动量守恒，机械能守恒
B．撤去F后，A离开竖直墙前，系统动量不守恒，机械能守恒
C．撤去F后，A离开竖直墙后，弹簧的弹性势能最大值为
D．撤去F后，A离开竖直墙后，弹簧的弹性势能最大值为E
10．为检测某新能源动力车的刹车性能，如图所示是一次在平直公路上实验时，动力车整个刹车过程中位移与速度平方之间的关系图象，下列说法正确的是
A．动力车的初速度为20m/s
B．刹车过程动力车的加速度大小为5m/s2
C．刹车过程持续的时间为10s
D．刹车过程经过6s时动力车的位移为30m
三、实验题
11．为了测量一只量程为0～3 V、内阻值为数千欧的电压表的内阻，可采用一只电流表与它串联后接入
电路．
(1)本实验测量电压表内阻依据的公式是________．
(2)若提供的实验器材有：A．待测电压表；
B．电流表A1(0～0.6 A，内阻约0.2 Ω)；
C．电流表A2(0～100 mA，内阻约2 Ω)；
D．电流表A3(0～10 mA，内阻约50 Ω)；
E．滑动变阻器(0～50 Ω，额定电流0.5 A)；
F．直流电源(输出电压6 V)；G．开关、导线．
为减小读数误差，多次测量取平均值．为顺利完成实验，应选用的实验器材为________(填英文序号)．(3)画出实验电路图__________
12．如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验.
（1）为完成实验,还需要的实验器材有__________
（2）实验中需要测量的物理量有__________
（3）图乙是弹簧所受弹力与弹簧伸长长度的图线,由此可求出弹簧的劲度系数为__________.图线不过原点的原因是由于__________.
四、解答题
13．如图所示,一带负电小球质量m=1 kg,用长度L=1 m绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中,静止时悬线与竖直方向成θ角,且θ=37°,已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2.
(1)求小球所受的电场力的大小F;
(2)若仅将电场强度大小突然减小为原来的,求小球摆到最低点时的速度大小v和细线对小球的拉力大
小T.
14．如图所示为某种弹射装置的示意图，该装置由三部分组成，传送带左边是足够长的光滑水平面，一轻质弹簧左端固定，右端连接着质量M=6.0kg的物块A。

装置的中间是水平传送带，它与左右两边的台面等
高，并能平滑对接。

传送带的皮带轮逆时针匀速转动，使传送带上表面以u=2.0m/s匀速运动。

传送带的右边是一半径R=1.25m位于竖直平面内的光滑1/4圆弧轨道。

质量m=2.0kg的物块B从1/4圆弧的最高处由静止释放。

已知物块B与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1，传送带两轴之间的距离l=4.5m。

设物块A、B之间发生的是正对弹性碰撞，第一次碰撞前，物块A静止。

取g=10m/s2。

求：
（1）物块B滑到1/4圆弧的最低点C时对轨道的压力；
（2）物块B与物块A第一次碰撞后弹簧的最大弹性势能；
（3）如果物块A、B每次碰撞后，物块A再回到平衡位置时弹簧都会被立即锁定，而当它们再次碰撞前锁定被解除，求物块B经第一次与物块A碰撞后在传送带上运动的总时间。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 C C B B B C
二、多项选择题
7．BDE
8．AD
9．BC
10．AB
三、实验题
11．（1），（2）A、D、E、F、G；（3）实验原理如图．
12．刻度尺弹簧的原长、弹簧伸长后的长度 200 弹簧有自重
四、解答题
13．(1) (2) ；14．（1）F1=60N，方向竖直向下（2）12J（3）8s
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注意事项：
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2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．一辆汽车刹车后做匀减速直线运动，初速度为10m/s，加速度的大小为2m/s2，则汽车在6s末的速度大小和6s内的位移大小分别是（）
A．2m/s和24m B．0和24m C．2m/s和25 m D．0和 25m
2．卫星在轨道上以速度v运行时，会遇到太空尘埃的碰撞而受到阻碍作用导致轨道变低。

设单位体积的太空均匀分布着尘埃n颗，每颗尘埃平均质量为m，尘埃速度可忽略，卫星的横截面积为S，与尘埃碰撞后将尘埃完全黏附住。

如果要保持卫星轨道不变，需要给卫星提供的推力为（）
A．
B．
C．
D．
3．一辆小汽车以18m/s的速度直线行驶，通过某路段时，发现正前方浓雾中一辆卡车，卡车正以6m/s的速度匀速行驶，小汽车立即减速，两车恰好没有追尾，该过程用时3s且视小汽车做匀减速直线运动，在这3s内
A．小汽车平均速度为9m/s
B．小汽车的平均速度为12m/s
C．小汽车的加速度大小为6m/s
D．小汽车的加速度大小为8m/s2
4．如图，光滑水平面上有两辆小车，用细线相连，中间有一个被压缩的轻弹簧，小车处于静止状态。

烧断细线后，由于弹力的作用两小车分别向左、右运动。

已知两小车质量之比m1:m2=2:1，下列说法正确的是
A．弹簧弹开后两车速度大小之比为1:2
B．弹簧弹开后两车动量大小之比为1:2
C．弹簧弹开过程m1、m2受到的冲量大小之比为2:1
D．弹簧弹开过程弹力对m1、m2做功之比为1:4
5．在正负电子对撞机中，一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子。

设正、负电子的质量在对撞前均为m，对撞前的动能均为E，光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则对撞后转化成光子的波长等于
A． B．
C． D．
6．如图所示，质量均为m的木块A和B，用一个劲度系数为k的竖直轻质弹簧连接，最初系统静止，现在用力F向上缓慢拉A直到B刚好要离开地面，则这一过程中力F做的功至少为
A． B． C． D．
二、多项选择题
7．如图所示，在匀强电场中有一直角三角形ABC，∠C=90°，∠A=30°，BC边长2cm。

电场强度的方向与三角形ABC平面平行。

一电子从A点移到C点电场力做功为15eV，从B点移到C点电场力做功为5eV。

则
A．A、B两点间的电势差U AB为10V
B．电场强度的方向由A点指向C点
C．电场强度的大小为500V/m
D．一电子从B点移到AC的中点，电势能增加2.5eV
8．我国的火星探测计划在2018年展开，在火星发射轨道探测器和火星巡视器。

已知火星的质量约为地球
质量的，火星的半径约为地球半径的。

下列说法中正确的是
A．火星探测器的发射速度应大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度
B．火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度且小于第三字宙速度
C．火星表面与地球表面的重力加速度之比为4:9
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球的第一宇宙速度的倍
9．右图为两分子系统的势能E p与两分子间距离r的关系曲线。

下列说法正确的是
A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力
B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力
C．当r等于r2时，分子间的作用力为零
D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功
10．2012年6曰18日，神州九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。

对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，下面说法正确的是
A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加
C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低
D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用
三、实验题
11．如图所示,实线是一列简谐横波在t1=0时刻的波形,虚线是这列波在t2=0.5 s时刻的波形.问:
(1)这列波的周期T符合3T<t2-t1<4T,若波向右传播,波速多大?
(2)这列波的周期T符合3T<t2-t1<4T,若波向左传播,波速多大?
(3)若波速大小为74 m/s,波的方向如何?
12．下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据：
利用上述数据，在图的坐标系中描绘出l－T2图象 _____________________________________________ 。

(2)利用图象，取T2＝4.2 s2时，L＝__________m，重力加速度g＝__________m/s2。

(结果保留三位有效数字)
四、解答题
13．如图所示，从A点以v0=4m/s的水平速度抛出一质量m=1kg的小物块（可视为质点），当物块运动至B 点时，恰好沿切线方向进入光滑圆弧轨道BC，经圆弧轨道后滑上与C点等高、静止在粗糙水平面的长木板上，圆弧轨道C端切线水平。

已知长木板的质量M＝4kg，A、B两点距C点的高度分别为H＝0.6m、h=0.15m，R＝0.75m，物块与长木板之间的动摩擦因数μ1＝0.5，长木板与地面间的动摩擦因数μ2＝0.2，g=10m/s2。

求：
（1）小物块运动至B点时的速度大小和方向；
（2）小物块滑动至C点时，对圆弧轨道C点的压力；
（3）长木板至少为多长，才能保证小物块不滑出长木板。

14．如图所示，轻质绝缘细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向左的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角θ=37°.已知绳长l=l.0m，小球所带电荷量q=+l.0×104C，质量
m=4.0×10-3kg。

不计空气阻力，取重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.60，cos37°=0.80.求：
(l)电场强度的大小E；
(2)将电场撤去,小球摆动到最低点时速度的大小v；
(3)将电场撤去,小球摆动到最低点时绳中拉力的大小T.
【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 D B B A C B
二、多项选择题
7．CD
8．BC
9．BC
10．BC
三、实验题
11．(1)；(2) ；(3)向左传播。

12．05； 9.86；
四、解答题
13．（1）30W（2）22N,方向竖直向下（3）0.75m 14．（1）（2）（3）。