多普勒效应次声波和超声波1

第5讲 多普勒效应 次声波和超声波

多普勒效应

当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率有了差别，这种现象叫多普勒效应。两者相互接近时，接收到的频率升高；两者相互远离时，接收到的频率降低。在铁路附近人们会听到急驶而来的火车的鸣笛声音调高昂；火车驰去时，鸣笛声音调变得低沉，就是一例。这种现象是在1842年由奥地利物理学家多普勒加以解释的。

波源与观察者的相对运动有三种情况：一种是波源静止在媒质中，观察者相对于媒质运动；第二种是观察着静止于媒质中，波源相对于媒质运动；第三种情况是波源与观察者都相对于媒质运动

观测者接收到的频率

可用下式求出：

。

式中

是媒质中的波速，v 是观察者相对于媒质的速度（当观察者也向波源运动时，v 取正值；当观察者远离波源运动时，v 取负值。），u 是波源相对于媒质的速度（当波源向观察者运动时，u 取正值；当波源远离观察者运动时，u 取负值。

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例1．一列正在鸣笛的火车，高速通过某火车站站台的过程中，该火车站站台中部的工作人员听到笛声的频率（ ）

A 、变大

B 、变小

C 、先变大后变小

D 、先变小后变大

例2．交通警察静立于公路旁，手中的测速仪发出频率为f 0=2500Hz 的声波，一辆汽车以72km/h 的速度迎面驶来，试求测速仪所接收到的反射波的频率。

同步训练

1．我们骑自行车在公路旁向东走，一辆警车一边发出警报声，一边飞速地从东迎面驶来又飞速向西离去，这一过程中，我们听到的警报声的变化将是（ ）

A ．音调先高后低

B ．音调先低后高

C ．音调没有明显变化

D ．频率先高后低

2．如图10－48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）波源正在移向（ ） A.A 点 B.B 点 C.C 点 D.D 点 （3）观察到波的频率最低点是（ ）

A.A 点

B.B 点

C.C 点

D.D 点 3．关于多普勒效应，下列说法中正确的是（ ）

A ．当波源与观察者相对运动时，才会发生多普勒效应

B ．当波源与观察者相对静止时，才会发生多普勒效应

C ．只有机械波能发生多普勒效应

D ．不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应

4．有一测速雷达，发射电磁波频率为f 1，想用它来测量一迎面开来的汽车的车速，设该雷达接收到的从汽车反射回来的反射波频率为f 2，则（ ）

A. f 1>f 2

B. f 1=f 2

C. f 1

D. 无法确定

5．公路巡警开车在高速公路上以100km/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 ．大于100km/h

B ．小于100km/h

C ．等于100km/h

D ．无法确定

6

．有一种用钢丝操纵做圆周飞行的飞机模型，装有活塞式发动机作为动力。操纵者站在圆心，在他听来飞机发动机工A

作时发出的声音是平衡不变的，场边观察者听到的声音忽高忽低做周期性变化，这是由于，这种现象叫。

拓展尝新

7．经研究表明，光是一种电磁波，光波和一切波一样也具有波动性。在组成白光的七种单色光中，红光波长最长、频率最低，紫光波长最短、频率最高。

20世纪20年代，美国天文学家哈勃观察恒星光谱时，发现所有恒星原定的谱线都向红光一端发生明显的偏移，这就是著名的“哈勃红移”。也就是说，既然光谱原定的频率的谱线向红端移动，就是观测到光的频率减小了。

据你所学过的知识，请类比猜想这是光波的什么现象；并简单说明这一现象能否支持“宇宙是膨胀的”（即“宇宙大爆炸”）这一前沿理论？

8．一个观察者在铁路旁，当火车迎面开来时，他听到的汽笛声频率为f1=440Hz；当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声频率为f2=392Hz，若空气中声速为340m/s，求火车的速度。

v=19.6m/s

次声波和超声波

次声波和超声波

（1）人耳能听到的声波的频率范围是有限的，大致在20Hz到20000Hz之间。频率低于20Hz的声波称为次声波，频率高于20000Hz的声波称为超声波。

（2）特性和应用

次声波：次声波传播距离远、速度大于海浪传播速度和台风移动的速度，所以接收次声波可预报破坏性很大的海啸、台风。

超声波：超声波具有不可闻、穿透能力强、液压冲击大等特点，可广泛应用于现代生产技术、科学研究以及医疗卫生中。

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例1．有人把闹钟放在玻璃罩中，用抽气机抽出罩中的空气，最后听不到闹钟铃声，装置如图所示，

用自己的语言解释这一现象。

例2．利用超声波遇到物体发生反射，可测定物体运动的有关参量，如10－50图(a)中仪器A和B通过电缆线驳接，B 为超声波发射与接收一体化装置，而仪器A为B提供超声波信号源而且能将B接收到的超声波信号进行处理并在荧幕上显示其波形。现固定装置B，并将它对准匀速行驶的小车C，使其每隔固定时间T0发射一短促的超声波脉冲（如图b 中幅度大的波形），而B接收到的由小车C反射波滞后的时间已在图b中标出，其中T和ΔT为已知量，另外还知道该测定条件下声波在空气中的速度为v0，测根据所给信息可判断小车的运动方向为_______（填“向左或”向右），速度大小为________。

同步训练

1．每个人能听到的声音的波长范围略有差异，如果某人只能听到波长为0.02m~8.5m范围的声音，那么当声速为340m/s时，他能听到的声音的最低频率为，最高频率为。

2．超声波在诊断、医疗和卫生工作中也有广泛的应用，我们去医院看病的时候，常会被医生要求去做“B超”检查，所谓“B超”，就是“超声波B型显示切面成像的方法”的简称，通过“B超”检测，可探查人体内部的各种器