多普勒效应(2024-2025学年高二物理举一反三)【五大题型】(解析版)

3.5多普勒效应【五大题型】
【人教版2019】
目录
知识点1：多普勒效应 (1)
【题型1多普勒效应的理解】 (2)
【题型2多普勒效应问题的分析】 (4)
【题型3由多普勒效应判断频率变化】 (7)
【题型4波源和观察者相对运动时相关物理量的计算】 (9)
知识点2：多普勒效应的应用 (11)
【题型5多普勒效应的应用】 (12)
知识点1：多普勒效应
一、多普勒效应的概念
1、波源频率：波源完成一次全振动，就向外发出一个波，称为一个完全波，波源频率就等于单位时间内波源发出的完全波的个数。

2、观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，观察者接收到的声音频率决定了观察者所听到的声音的音调。

3、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，这种现象称为多普勒效应。

二、发生多普勒效应的条件
波源和观察者在二者连线方向上有相对运动。

三、多普勒效应的解释
1、当波源与观察者相对静止时，1s 内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的观测到的频率等于波源振动的频率。

2、波源相对于介质静止，波速为v 。

①当观察者向着波源以速度v 观运动时，观察者接收到的波的频率增大，v v v
f f λλ+'=>=观；②当观察远离波源时，观察者接收到的波的频率减小，v v v
f f λλ-'=<=观
；
③当观察者远离波源的速度大于等于波速时，观察者将接收不到波。

3、波源相对于观察者运动时，可视为波源不动，而观察者相对于波源运动，结论同上。

四、两种情况的接收频率公式
1、观察者静止，波源相对观察者运动
观察者静止，波源以速度v 源接近观察者时，此时观察者接收到的波源的波长为v T λλ'=-源，波的传播速度为v ，则在时间t 内，观察者接收到的完全波的个数为vt vt vt vt N f v v v v v f f f
λλ===='---源源源，接受频率为N v f f t v v ==-接源。

同理，波源远离观察者运动时的接收频率为v f f v v =+接源。

2、波源静止，观察者相对波源运动
波源静止，观察者以速度v 观接近波源时。

接收频率为v v f f v +=观接，观察者远离波源运动时的接收频率为v v f f v
-=观接。

【注意】发生多普勒效应时，波源的频率并没有变化，是接收者接收到的频率（单位时间内接收到的完整波的个数）发生变化（大于或小于波源频率）。

【题型1多普勒效应的理解】
【例1】（多选）（22-23高二上·广东深圳·月考）在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有（
）A ．在空旷的山谷大喊能听到回音
B ．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化
C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低
D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
【答案】BC
【解析】A．在空旷的山谷大喊能听到回音，这是声波的反射，故A错误；
B．超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化，是多普勒效应引起的，故B正确；
C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，由于列车和人的位置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，使得音调会变低，是多普勒效应引起的，故C正确；
D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同，是由于介质不一样导致的，故D错误。

故选BC。

【变式1-1】（多选）（22-23高二下·辽宁大连·月考）在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有（）A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化
C．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
D．测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度
【答案】BD
【解析】A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声是因为光速大于声速，故A错误；
B．超声波被血管中的血流反射后，由于血液流动使反射的波的频率发生改变，即探测器接收到的超声波频率发生变化，属于多普勒效应，故B正确；
C．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同，是因为不同介质中声波的传播速度不同，故C错误；
D．测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度，靠近则频率变大，远离则频率变小，属于多普勒效应。

故D正确。

故选BD。

【变式1-2】（22-23高二下·北京海淀·期中）关于多普勒效应的叙述，下列说法正确的是（）A．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
B．产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动
C．甲乙两车相向行驶，两车均鸣笛，且发出的笛声频率相同，乙车中的某旅客听到的甲车笛声频率低于他听到的乙车笛声频率
D．波源静止时，不论观察者是静止的还是运动的，观察者听到的笛声频率都是相同的
【答案】B
【解析】ABD．产生多普勒效应的原因是观察者与波源之间发生了相对运动，使观察者接收到的波的频率与波源频率不相同的现象，故AD错误，B正确；
C．当观察者与波源接近时，观察者接收到的波的频率变大，乙车中乘客听到的甲车笛声频率应大于听到的乙车笛声频率，故C错误；
故选B。

【变式1-3】（多选）（22-23高二下·甘肃天水·月考）关于多普勒效应，下列说法正确的是（）A．发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化
B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化
C．当观察者和波源速度相同时，会发生多普勒效应
D．只有声波才能发生多普勒效应
【答案】AB
【解析】AB
变，故AB正确；
C．多普勒效应是由于观察者和波源间位置的变化而产生的，故C错误；
D．多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波，故D错误。

故选AB。

【题型2多普勒效应问题的分析】
【例2】（23-24高三上·上海静安·期中）假如一辆汽车在静止时喇叭发出声音的频率是300Hz，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300Hz
B．当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率小于300Hz
C．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率大于300Hz
D．当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率等于300Hz
【答案】A
【解析】根据多普勒效应可知，当汽车向你驶来时，听到喇叭声音的频率大于300Hz，当汽车和你擦身而过后，听到喇叭声音的频率小于300Hz。

故选A。

【变式2-1】（23-24高二上·江苏徐州·期中）固定在振动片上的金属丝S周期性触动水面可以形成水波，当振动片在水面上沿MN直线上移动时拍得一幅如图照片，显示出此时波的图样。

下列说法正确的是（）
A．振动片正在向图中M一侧移动
B．图中振动片左侧的水波传播速度更快
C．图中振动片右侧接收到的水波频率更高
D．相同时间内接收到完全波的个数，M一侧比N一侧多
【答案】C
【解析】A．由图可知，波源右侧的波纹较密集，则说明振动片正在向图中N一侧移动。

故A错误；B．波的传播速度取决于介质，所以图中振动片两侧的水波传播速度一样快。

故B错误；
C．图中振动片右侧单位时间内接收到的完全波的个数较多，则振动片右侧接收到的水波频率更高。

故C正确；
D．波源向右移动，则波传播到右边的时间小于左边，所以在相同时间内接收到完全波的个数，M一侧比N 一侧少。

故D错误。

故选C。

【变式2-2】（22-23高一下·上海杨浦·期末）如图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
；A ．干涉现象B ．衍射现象C ．反射现象D ．多普勒效应
（2）观察到波的频率最低的点是
（选填A 、B 、C 、D 点）。

【答案】（1）D （2）B 点【解析】[1]由图可知，波源O 向左做匀速运动，该图表示的是多普勒效应。

故选D 。

[2]由于波源远离B 点，B 点处的波长最长，由v
f λ=可知，B 点处的频率最低。

【变式2-3】（2024·浙江金华·三模）如图，一列火车沿平直轨道以较快的速度匀速向右行驶，观察者甲静立在车厢中，观察者乙静立在地面上。

下列有关观察者的描述正确的是（）
A ．若车厢中央悬挂着一个正在发声的铃铛，在车厢靠近乙的过程中，乙接受到的铃声频率逐渐减小
B ．当车速0.9v c =行驶时，甲测得的车厢长度比乙测得的长
C ．若车厢中央有一光源，则乙测得：闪光先到达前壁，后到达后壁
D ．由相对论可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律的形式都是不同的
【答案】B
【解析】A ．若车厢中央悬挂着一个正在发声的铃铛，在车厢靠近乙的过程中，乙与铃铛的距离减小，根据多普勒效应可知，乙接受到的铃声频率逐渐增大，故A 错误；
B ．当车速0.9v c =行驶时，根据相对论的长度缩短效应可知，甲测得的车厢长度比乙测得的长，故B 正确；
C ．根据光速不变原理可知，若车厢中央有一光源，则乙测得闪光同时到达前后壁，故C 错误；
D ．由相对性原理可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律的形式都是相同的，故D 错误。

故选B 。

【题型3由多普勒效应判断频率变化】
【例3】（23-24高二下·河北邢台·月考）春节假期，小明坐在沙发上用电视机观看某科幻电影，情节紧张刺激、扣人心弦，与此同时，来访的亲友快步向客厅走来，小明家长快步前去迎接，对于电视机发出的声音，小明听到的声音频率为1f ，来访的亲友听到的声音频率为2f ，小明家长听到的声音频率为3f ，则下列说法正确的是（
）A ．123
f f f >>B ．231f f f >>C ．213f f f >>D ．321
f f f >>【答案】C
【解析】设电视剧发出声音的频率为0f ，由题意可知小明相对于电视剧静止不动，则有
10f f =来访的亲友相对在靠近电视机，根据多普勒效应可知
20
f f >小明家长相对在远离电视机，根据多普勒效应可知
30
f f <则有
213
f f f >>故选C 。

【变式3-1】（24-25高二上·全国·课后作业）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，它可以控制汽车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。

其使用的传感器主要为毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过回波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。

若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，表明前车与无人车速度相同B ．当f f '=时，表明前车一定处于静止状态
C ．当f f '>时，表明两车之间距离增大
D ．当f f '<时，表明两车之间距离减小
【答案】A
【解析】AB ．当声源和观察者之间的距离不发生变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等，故当f f '=时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定静止，故A 正确，B 错误；
C ．当f f '>时，说明接收到的频率增大，两车间距离减小，故C 错误；
D．当f f
'<时，说明接收到的频率减小，则两车间距离增大，故D错误。

故选A。

【变式3-2】（多选）（22-23高二上·黑龙江齐齐哈尔·期末）如图甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，据图乙，下列关于女同学的感受的说法正确的是（）
A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高
B．女同学在从点C向左运动过程中，她感觉哨声音调变低
C．女同学在从点C向右运动过程中，她感觉哨声音调不变
D．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变低
【答案】ABD
【解析】本题考查多普勒效应，当观察者靠近波源的过程中，听到的频率变高，而当观察者远离波源的过程中，听到的频率变低。

女同学从A向B运动过程中，靠近波源，她感觉哨声音调变高；从点C向左运动过程中，远离波源，她感觉哨声音调变低；从点C向右运动过程中，靠近波源，她感觉哨声音调变高；从E 向D
故选ABD。

【变式3-3】（23-24高一下·上海浦东新·期中）人耳能听到的频率范围是20-20000Hz。

某音频发生器发出频率为22000Hz的声波。

为了听到这个声音，可以（）
A．快速靠近音源B．快速远离音源
C．绕音频发生器做圆周运动D．与音频发生器相向运动
【答案】B
【解析】A．根据多普勒效应，当波源与观测着相互靠近时，观测到的频率变大，则快速靠近音源，人观测到的频率大于22000Hz，无法听到声音，故A错误；
B．根据多普勒效应，当波源与观测着相互远离时，观测到的频率变小，则快速远离音源，人观测到的频率小于22000Hz，，可以听到声音，故B正确；
C ．绕着音频发生器做圆周运动，波相对速度不会改变，波源与观测者距离不变，频率不变，无法听到声音，故C 错误；
D ．与音频发生器同时相向运动，观测到的频率变大，频率大于22000Hz ，无法听到声音，故D 错误。

故选B 。

【题型4波源和观察者相对运动时相关物理量的计算】
【例4】（23-24高一上·浙江·月考）小洪同学静止在路旁，一列动车以速度v 向观察者驶来，动车发出的鸣笛声频率为0f ，观察者听到的声音频率为f ，声音的速度为u ，f 与0f 的关系正确的是（
）A ．0u f f u v =
+B ．0u f f u v =-C ．0v f f u v =+D ．0v f f u v
=-【答案】B
【解析】动车发出的鸣笛声频率为f 0，设观察者接收到的频率为f ，当波以速度u 通过接收者时，观察者不动时，在时间t 内通过的完全波的个数为
ut n λ=因而单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收的频率为00
u f f λ==波源朝向观察者以速度v 运动，由于波长变短为
λ=λ0-vt 而使得单位时间内通过波的个数增多，即
0f u u f u v
λ=
=-（动车的速度小于声速）则0u f f u v =
-故选B 。

【变式4-1】（多选）如图所示，S 为波源，P 点有一观察者，已知波源发声的频率为20Hz ，声音在空气中的传播速度为340m /s ，则关于观察者听到的声音的频率说法正确的是（
）
A ．当波源S 以17m /s 的速度远离观察者运动时，频率约为19Hz
B ．当波源S 以17m /s 的速度靠近观察者运动时，频率约为21Hz
C ．当观察者以17m /s 的速度靠近波源运动时，频率约为21Hz
D ．以上说法均不正确
【答案】ABC
【解析】A ．根据人听到的声音频率与波源发声频率的关系来判断，当波源以17m /s 的速度远离观察者运动时，观察者接收到的波源频率
134020Hz 19Hz 34017
v f
f v v '⨯===++声源声故A 正确；
B ．当波源S 以17m /s 的速度靠近观察者运动时，观察者接收到的波源的频率
234020Hz 21Hz 34017
v v f f v '⨯=
==--声源声故B 正确；C ．当观察者以17m /s 的速度靠近波源S 运动时，观察者接收到的波源的频率
() 33401720Hz 21Hz 340
v v f f v '++=
=⨯=声声观故C 正确；
D ．前三项正确，故D 错误。

故选ABC 。

【变式4-2】（2023·新疆乌鲁木齐·二模）一辆在平直公路上匀速行驶的警车从0t =时开始鸣笛。

已知警车的速度为25m/s ，警笛声波的最高频率为1550Hz ，声波在空气中的传播速度为341m/s 。

则警笛声波在空气中的最短波长为m ；警车后方的行人听到的警笛声的音调越来越（选填“高”或“低”）；1s t =时，距警车前方320m 处的行人
（选填“已经”或“还没有”）听到警笛声。

【答案】0.22低还没有
【解析】[1]由波速、波长、频率之间的关系可知当频率最大时，波长有最小值，为
min 341m=0.22m 1550
v f λ==[2]根据多普勒效应可知，当波源远离时，行人接收到警笛声波的频率将减小，则行人听到的警笛的音调越来越低；
[3]0t =时开始鸣笛，警车的速度为25m/s ，则1s t =时，距警车前方320m 处的行人距0t =时的警车距离为
320m 251m=345m
x =+⨯而声波在空气中的传播速度为341m/s ，则1s 内警笛声传播的距离为
13411m 341m<345m
x vt ==⨯=由此可知1s t =时，距警车前方320m 处的行人还未听到警笛声。

【变式4-3】以速度u ＝20m/s 奔驰的火车，鸣笛声频率为275Hz ，已知常温下空气中的声音传播速度v ＝340m/s 。

（1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？
（2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少？
【答案】（1）292Hz ；（2）260Hz
【解析】（1）火车驶来，以观察者为参考系，观察者接收到的频率增大
1340275Hz 292Hz 34020
v f f v u ==⨯≈--（2）火车驶去，以观察者为参考系，观察者接收到的频率减小2340275Hz 260Hz 34020v f f v u =
=⨯≈++知识点2：多普勒效应的应用
1、超声波测速：发射装置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。

据反射波频率的变化的多少可以知道车辆的速度。

2、可根据火车汽笛的音调的变化判断火车是进站还是出站；根据炮弹飞行的尖啸声判断炮弹飞行的方向等。

火车驶来时，由于多普勒效应，听到的汽笛声音调比较高，感觉到尖锐刺耳；火车远离时，听到的汽笛声音调较低，听起来较为低沉。

3、医用“彩超”：向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血液反射后被仪器接收。

测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度据此诊断疾病。

4、测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可算出星球的速度。

【题型5多普勒效应的应用】
【例5】蝙蝠具有一种回声定位的特殊本领，它们会发出尖锐的叫声，再用灵敏的耳朵收集周围传来的回声。

回声会告诉蝙蝠附近物体的位置和大小，以及物体是否在移动，它可以帮蝙蝠在黑暗中找到方向以及捕捉猎物（如飞行中的昆虫）。

下列说法正确的是（）
A．蝙蝠发出尖锐的叫声属于次声波
B．蝙蝠发出的叫声进入水中后传播速度不变
C．蝙蝠发出尖锐的叫声目的是便于捕捉较小的猎物
D．蝙蝠听到回声的频率变高时，能判断出正在远离的猎物
【答案】C
【解析】A．蝙蝠发出尖锐的叫声，声波频率比较高，属于超声波，故A错误；
B．蝙蝠发出的叫声进入水中后传播速度要发生变化，故B错误；
C．高频的超声波波长较短，更容易被较小的猎物反射，所以蝙蝠产生高频的超声波目的是便于捕捉较小的猎物，故C正确；
D．根据多普勒效应可知，蝙蝠听到回声的频率变高时，能判断出正在靠近的猎物，故D错误。

故选C。

【变式5-1】（多选）（24-25·四川达州·月考）超声波是一种频率高于20000Hz的声波，波长很短，广泛应用于生活与生产实践，关于超声波及应用，下列说法正确的是（）
A．在同种介质中，超声波的速度大于次声波的速度
B．超声波的频率越高，衍射本领越弱
C．高速公路上的测速仪接收到的超声波频率大于发出的超声波频率，说明此时车正在靠近测速仪
D．“彩超”检查身体时，利用了超声波的多普勒效应
【答案】BCD
【解析】A．在同种介质中，超声波的传播速度与次声波的速度一样，故A错误；
B．超声波的频率越高，波长越短，越不容易发生衍射，衍射本领越弱，故B正确；
C．高速公路上的测速仪接收到的超声波频率大于发出的超声波频率，根据多普勒效应可知此时车正在靠近测速仪，故C正确；
D．“彩超”检查身体时，利用了超声波的多普勒效应，故D正确。

故选BCD。

【变式5-2】（22-23高二上·辽宁朝阳·期末）目前，多普勒效应已在科学研究、工程技术和医疗诊断等各方面有着十分广泛应用。

关于多普勒效应。

下列说法错误的是（）
A ．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声就能判断飞行的炮弹是接近还是远去
B ．医院检查身体血液流动速度的“B 超”仪运用了多普勒效应原理
C ．某一遥远星球离地球远去，那么地球上接收到该星球发出光的波长要变小
D ．高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的
【答案】C
【解析】A ．利用声波的多普勒效应，有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断炮弹的飞行方向，根据波源与观察者靠近时观察者接收到的波的频率变高，而在波源与观察者远离时接收频率变低，即高亢表示靠近，低沉表示远离，A 正确，不符合题意；
B ．医院检查身体的“B 超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，其运用了多普勒效应原理，B 正确，不符合题意；
C ．某一遥远星球离地球远去，根据多普勒效应，从地球上接收到该星球发出光的频率减小，则波长变长，C 错误，符合题意；
D ．根据物体远离或靠近声源，接受到的频率的变化能够测出物体运动的速度大小，即高速公路上的测速仪就是应用多普勒效应来测速的，D 正确，不符合题意。

本题选错误的，故选C 。

【变式5-3】如图所示为超声波测速示意图，一固定的超声波测速仪每隔1s 向小汽车发出一个超声波脉冲信号，已知第一个超声波00t =时刻发出，遇到小汽车后返回，1 1.0s t =时刻接收到反射波同时发出第二个超声波，2 1.9s t =时刻接收到第二个反射波。

若超声波在空气中的传递速度为23.410m /s ⨯，小汽车在这段时间的运动视为匀速运动，根据上述条件可知（）
A ．小汽车向超声波测速仪运动，速度为17.9m /s
B ．小汽车向超声波测速仪运动，速度为17.0m /s
C ．小汽车背离超声波测速仪运动，速度为17.9m /s
D ．小汽车背离超声波测速仪运动，速度为17.0m /s
【答案】A 【解析】第一次超声波接触小车时测速仪与小车的距离11170m 2vt x ==第二次测速仪与小车的距离
()212153m 2v t t x -==汽车前进距离
170153m 17m x =-=因此是向着测速仪前进；经过的时间
1.00.9s 0.95s 22t =+=所以汽车的速度
17m /s 17.9m /s 0.95x v t ==≈故选A 。