新教材人教版高中物理选择性必修第一册教案设计3.5多普勒效应

5多普勒效应

一、多普勒效应

1．多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象．

2．波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者接收到的频率等于波源振动的频率．3．当波源与观察者相互靠近时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，接收到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，接收到的频率变小．

奥地利有一位名叫多普勒的数学家、物理学家.1842年的某一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低．你知道这是为什么吗？

提示：多普勒对这个物理现象产生极大兴趣，并进行了研究．发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象．因为，声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化．当声源离观测者而去时，声波的波长

增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高．音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关．这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”．

二、多普勒效应的应用

1．测车辆速度：交警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，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度．

2．测血流速度：向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就可得血流速度．

3．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，可得星球的速度．

考点一多普勒效应

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都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应．

波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数．因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数．观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数决定的．

(1)发生多普勒效应时，波源的频率并没有变化，只是观察者接收

到的波的频率发生了变化.波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小.

(2)多普勒效应是波动过程所共有的特征，一切波，如机械波、电磁波、光波都会发生多普勒效应.

2．形成多普勒效应的原因

以声波为例分析如下：

(1)波源与观察者相对于介质均为静止的情况

观察者所接收到的频率与波源的振动频率相同，这时不会出现多普勒效应．

(2)波源静止而观察者运动的情况

若观察者朝波源运动，由于观察者迎着波传来的方向运动，使得观察者在单位时间内接收到的完全波的个数大于波源发出的完全波的个数，即观察者接收的频率高于波源频率；同理，若观察者背离波源即顺着波的传播方向运动，观察者接收的频率低于波源频率．

(3)观察者静止而波源运动的情况

当波源S向观察者O运动时，波源在前进过程中，不断地发射出波，已经发射出的波仍以波速v前进，而后继波的波源地点(球面的中心)向前移了，所以波源前面的波面被挤紧，因此波长减小了；波源后面的波面稀疏了，因此波长增大了，如图所示．

波在介质中的传播速度并没有改变，观察者在波源右方时，即波

源接近观察者时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．

同样道理，观察者在波源左方时，即波源远离观察者时，接收到的频率减小．

【拓展延伸】(1)波源不动而观察者运动时，引起接收频率的变化是由于观察者接收到的波数增多或减少造成的．

(2)当观察者不动而波源运动时，引起接收频率的变化是由于波长的改变而引起的．

3．发生多普勒效应的几种情况

相对位置图示结论

波源S和观察者A相

对于介质不动

f波源＝f观察者，音调不变

波源S不动，观察者A

运动，由A→B或由

A→C

若靠近波源，由A→B，则f波源

由A→C，则f波源>f观察者，音调

变低

观察者A、B不动，波

源S运动，由S1→S2

对于观察者A，f波源

调变高；对于观察者B，f波源>f

观察者，音调变低

(1)多普勒效应是所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波的强度发生变化的现象，要正确区分频率和强度这两个物理量．

(2)多普勒效应的产生不取决于波源和观察者相距多远，而取决于波源和观察者相对运动速度的大小和方向．

(3)波的传播速度不因波源的移动而改变．

(4)观察者垂直于波的传播方向移动时，不产生多普勒效应．

【例1】下面说法中不正确的是()

A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了

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．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的

【审题指导】

1．产生多普勒效应的原因是什么？

2．产生多普勒效应时，波源的频率变化吗？

【解析】当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，选项C正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率没有改变，故选项A错误，选项B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的．选项D正确．

【答案】 A

(多选)下列关于多普勒效应的说法，正确的是(CD)

A．只有声波才能发生多普勒效应

B．当观察者靠近声源时，听到声音的音调升高，说明声源的频率升高了

C．当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时，不会发生多普勒效应

D．火车离站时，站台上的旅客听到火车的汽笛音调降低

解析：

选项个性分析综合点评

A错误

多普勒效应是波动过程共有的特征，不

仅是机械波，电磁波和光波也会发生多

普勒效应多普勒效应产生的

原因是波源与观察

者有相对运动，使观

察者接收到的频率

大于或小于波源发

出的频率，并不是波

源频率发生改变

B错误

发生多普勒效应时，声源的频率并没有

发生变化，而是观察者接收到的频率发

生了变化

C正确

当波源和观察者以相同的速度同向运动

时，两者之间无相对运动，不会发生多

普勒效应

D正确

火车离站时，站台上的旅客和火车相互

远离，听到火车的汽笛音调降低

考点二多普勒效应的应用

1．超声波测速

交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动