1、5 多普勒效应 *惠更斯原理学习目标 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、多普勒效应导学探究 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答案 火车靠近时，音调变高；火车远离时，音调变低；由音调变化的快慢可判断火车运行的快慢知识梳理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
2、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 AB 或 AC ，如图所示若靠近波源，由 AB，则f 观察者 f 波源 ，音调变高；若远离波源，由 AC，则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( 距离变化)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
3、线、惠更斯原理导学探究 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？答案 因为水波由波源向四周传开，向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷) 组成一个个圆知识梳理1波面：在波的传播过程中，任一时刻介质中任何振动状态相同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，它代表了波的传播方向，如图 1 所示图 13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4惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，无法说明衍射现象与
4、狭缝或障碍物的大小的关系*三、波的反射和折射导学探究 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？答案 这两种现象都是由于声波的反射造成的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答案 (1)波的反射的解释：如图所示，a、c、b 三条波线并不同时到达界面，它们到达界面时产生子波的时间也就有先有后，子波传播的距离也就有远有近，AB是新的波面，与反射波方向垂直但由于反射波与入射波相比，波长、波速和频率都不变所以在图中直角三角形 AAB直角三角形 BBA. 也就可以进一步证明入射角 i反射角 i.(2)波的折射的解释如图所示，当
5、波线 a 首先于时刻 t 由介质 1 到达界面，之后又经过时间 t，波线 b 也到达界面；这时 A、C两点发出的子波在介质 2 中的包络面为图中的 AB，这是波进入介质 2 之后的新的波面由于是两种不同的介质，其中波的传播速度 v1、v 2 不一定相同，在t 时间内，两条波线传播的距离 AA和 BB也不一定相同，因此波进入第二种介质后传播方向常常发生偏折知识梳理1波的反射(1)定义：波遇到介质界面会返回继续传播的现象(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同2波的折射(1)波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象(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
6、介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中传播速度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 是否变化？答案 频率 f 由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率即波源的振动频率相同；波速 v 由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变，而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化据 vf 知波长 与 v 及 f 有关，即与波源和介质有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率不变，波速不变，故波长 不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速不同，频率不变，故 不同 .一、对多普勒效应的理解例 1 (多选) 关于多普勒效应，以下
7、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(距离变化)时产生的D只有声波才能产生多普勒效应答案 BC解析 由于波源的频率只与波源本身在单位时间内完成的全振动的次数有关，而与波源是否运动或观察者是否运动的情况均无关系，故 A 选项不正确；当发生多普勒效应时，由于观察者与波源的相对位置发生了变化，当距离增大时，观察者在单位时间内接收到完全波的个数减少，反之，接收到完全波的个数就增加，可见观察者接收到的频率与波源发出的频率并不一定是相等的，只有当波源与观察者相对静止时二者才是相等的，故 B、C
8、 选项都是正确的；一切波都能发生多普勒效应，故 D 选项不正确例 2 关于多普勒效应的叙述，下列说法中正确的是( )A多普勒效应就是声波的干涉B产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化C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(距离变化)D甲、乙两辆汽车相向行驶，同时发出的笛声频率相同，乙车中的乘客听到的甲车笛声频率低于乙车笛声频率答案 C解析 波源与观察者之间存在着相对运动，使观察者接收到的频率不同于波源频率的现象称为多普勒效应现象机械波、电磁波都会产生多普勒效应，故 A 错误；产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动(距离变化) 导致接收到的波频发生变化，故 B 错误，C正
9、确；甲、乙两辆汽车相向行驶，同时发出的笛声频率相同，乙车中的乘客听到的甲车笛声频率变大，听到乙车笛声频率不变，故听到的甲车笛声频率高于乙车笛声频率，故 D 错误所以选 C.*二、对惠更斯原理的理解例 3 (多选) 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答案 ACD解析 按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故 A 对，B错由波面和波线的概念，不难判定 C、D 正确*三、波的反射和折射及应用例 4 图 2 中 1、2、3
10、分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图 2A2 与 1 的波长、频率相等，波速不等B2 与 1 的波速、频率相等，波长不等C3 与 1 的波速、频率、波长均相等D3 与 1 的频率相等，波速、波长均不等答案 D解析 波线 1、2 都在介质 a 中传播，故 1、2 的频率、波速、波长均相等，A、B 错；波线 1、3 是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由 得波vf长不同，故 C 错，D 对1(多普勒效应)( 多选)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 (距离变化)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
11、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答案 AB*2.(惠更斯原理)( 多选)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答案 BC解析 任何波的波线都与波面相互垂直，波线都表示波的传播方向，故 B、C 正确，A 、D错误*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，波速不变答案 B*4.(波的反射) 某物体发出的声音在空气中的波长为 1m，波速
12、为 340m/s，在海水中的波长为4.5m海面上发出的声音经 0.4s 听到回声，则海水深为多少？答案 306m解析 声 音 在 空 气 中 与 在 海 水 中 的 频 率 相 同 ， 则 ， 所 以 v 水 v 空 340 v空空 v水水 水空 4. 51m/s 1 530 m/s.物体发出的声音经 0.2s 传至海底，故海水的深度为 sv 水 15300.2m306m.t2 t2考点一 对多普勒效应的理解1(多选) 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
13、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答案 BD2(多选) 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答案 ABD解析 凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对地球运动的速度，A 正确被反射的波，相当于
14、一个运动的物体发出的波，其频率发生变化，由多普勒效应的知识可以求出运动物体的速度，B 正确铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，C 错误炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的运动方向有关，D 正确3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高于 100km/h B低于 100 km/hC等于 100km/h D无法确定答案 A解析 因为巡警车(观察者)接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应知
15、巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判定轿车车速比巡警车车速大，故选项 A正确，B、C 、D 错误4(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频率不变答案 BC解析 在同种介质中，超声波的传播速度保持不变，A 错误，B 正确；由多普勒效应，可知观察者与波源相互靠近时，频率变高，C 正确，D 错误5.如 图 1 所 示 ， 我 国 自 主 研 发 的 “海 翼 ”号 深 海 滑 翔 机 ， 刷 新 了 下 潜 深 度 的 世 界 纪 录 悬 停在 深 海 中 某 处 的 滑 翔 机 发
16、 出 声 呐 信 号 (超 声 波 )的 频 率 为 f， 在 该 处 海 水 中 的 传 播 速 度 为 v， 则声 呐 信 号 在 该 处 海 水 中 的 波 长 为 _； 若 停 在 海 面 上 的 监 测 船 接 收 到 的 频 率 稍 大 于 滑 翔 机发 出 声 呐 信 号 的 频 率 ， 说 明 滑 翔 机 正 在 _(填 “靠 近 ”或 “远 离 ”)该 监 测器 图 1答案 靠近vf解析 由波长、波速和频率的关系可知，声呐信号在海水中的波长 ；当滑翔机靠近监vf测船时，监测船接收到的信号频率会大于滑翔机发出的信号频率*考点二 对惠更斯原理的理解6下列说法中正确的是( )A根据
17、惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源B惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波的传播方向D惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相关现象答案 A解析 根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，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，A 正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B 错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故 C 错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关
18、现象，故 D 错误*考点三 波的反射和折射7(多选) 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，是波的折射现象答案 ABD解析 潜艇探测周围物体利用了反射原理，A 对；隐形飞机可以减少波的反射，B 对；雷达工作原理利用了波的反射，C 错；水波的传播方向发生变化，属于波的折射，D 对8人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声
19、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答案 B解析 人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，甚至反射多次，因而显得声音洪亮考点四 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波长在逐渐变小答案 C解析 声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速只由传播介质决定频率(由振源决定)和波长( )均不变，所以 A、B 、D 错；又因为机械波传递的是能vf量，能量在传播过程中会减小，故其振幅逐渐变小，C 正确10蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有
20、效，这种超声脉冲是持续 1ms或不到 1ms 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39000Hz，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 39000HzB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 39000Hz答案 C解析 由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于 39000Hz，蝙蝠接收到墙壁反射的频率也大于墙壁接收的频率所以 C 正确*11.一只汽船以 4m/s 的速度在无风河面上航行，船上发出
21、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？(已知空气中的声速为 340 m/s)答案 516m解析 如图所示，设船发出鸣笛声于 B 处，旅客听到回声位置在 A 处，即 3s 内汽船前进了 A、B 间的距离 l，则声波经过 2sl 的距离v 声 t2sl2sv 船 t，得 s mv声 v船 t2 340 432516m.*12.一声波在空气中的波长为 25cm，速度为 340m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80cm，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答案 (1)1360Hz (2)1088m/s解析 (1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由 vf 得f Hz1360Hz.v 3402510 2(2)因频率不变，有 v v得 v v 340m/s1 088 m/s. 8010 22510 2
