机械波第56节多普勒效应惠更斯原理讲义-人教版高中物理选修3-4讲义练习

第5、6节多普勒效应惠更斯原理

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的

现象。

2．波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到

的频率增大，二者如果远离，观察者接收到的频率

减小。

3．利用多普勒效应可以测车辆速度、星球速度、

血流速度等。

4．惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都

可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子

波在波前进方向的包络面就是新的波面。

一、多普勒效应

1．多普勒效应

(1)音调：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低。

(2)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．多普勒效应产生的原因

(1)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，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。

(2)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，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小。

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。

3．测血流速度：向人体内发射已知频率的超声波，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。

三、惠更斯原理

1．波面与波线

(1)波面和波线的概念：

①波面：波源发出的波，向四周传开，波峰组成了一个个圆，波谷也组成一个个圆，振动状态相同的点都组成了一个个圆，这些圆叫作一个个波面。

②波线：指与波面垂直的那些线，代表了波的传播方向。

如图所示。

(2)波的分类：

①球面波：由空间一点发出的波，它的波面是以波源为球心的一个个球面，波线就是这些球面的半径。

②平面波：指波面是平面的波。

2．惠更斯原理

(1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。

(2)应用：

①如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向。

②利用惠更斯原理只能解释衍射现象中波的传播方向，不能解释波的强度。无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系。

3．波的反射与折射

(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。

(2)折射现象：波从一种介质射入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。

1．自主思考——判一判

(1)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化。(√)

(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应。(×)

(3)只有横波才能发生多普勒效应。(×)

(4)波面一定是平面。(×)

(5)波的传播方向与波面平行。(×)

(6)用惠更斯原理能够解释波的衍射现象与障碍物大小的关系。(×)

2．合作探究——议一议

(1)炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变

化？为什么？

提示：波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，频率的变化会引起音调的变化，由于炮弹离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低。

(2)人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把

同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？

提示：在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波

的反射来提高耳朵的接收能力。

1．波源频率

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。

2．接收频率

(1)波源和观察者相对静止。观察者接收到的频率等于波源的频率。

(2)波源和观察者有相对运动。观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即感觉到波的频率发生变化。

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。

3．音调

音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低。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。

[典例] [多选]如图所示，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( )

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

[解析] 女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低。选项A、D 正确，B、C错误。

[答案] AD

观察者接收到的频率的判断

(1)声音的音调取决于频率，频率高则音调高，频率低则音调低。

(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源频率，音调变高；反之，观察者接收到的频率小于波源频率，音调变低。

1．有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向。他所利用的是声波的( )

A．干涉现象B．衍射现象

C．多普勒效应 D．反射现象

解析：选C 据多普勒效应现象，当火车运动方向靠近养护人员时，他听到的声音音调较高，火车远离养护人员时，他听到的声音音调较低。

2．[多选]下列哪些现象是多普勒效应( )

A．远去的汽车声音越来越小

B．炮弹迎面飞来，声音刺耳

C．火车向你驶来时，音调变高，远离你而去时，音调变低

D．大风中，远处人的说话声时强时弱

解析：选BC 声波音调的高低由其频率决定，据多普勒效应，当声源与观察者发生相对运动时，观察者听到的音调会变化，B、C正确；声音的强弱由声波的能量决定，声源越近，声波能量越大，听起来越响亮，但音调不一定变化，A、D项不是由多普勒效应造成的，故选择B、C。

3．[多选]一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( )

A．波速变大B．波速不变

C．频率变高 D．频率不变

解析：选BC 渔船与鱼群发生相对运动，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高，故选项B、C正确。

1．波的反射的应用

(1)回声测距：

①当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相