多普勒效应惠更斯原理

第5、6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。多普勒效应及产生的原因[自读教材·抓基础]1．多普勒效应(1)音调：音调由决定，频率则音调高，频率则音调低。(2)多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的都会发生变化的现象。频率高低波的频率2．多普勒效应产生的原因(1)波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是的，观察者观测到的频率波源振动的频率。(2)当波源与观察者相互靠近时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目，观察到的频率；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率。一定等于增加增加变小[跟随名师·解疑难]多普勒效应的产生(1)声源完成一次全振动，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)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)多普勒效应是波的特性，不只是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。[特别提醒]发生多普勒效应是由于波源与观察者发生了相对运动，而与波源到观察者的距离无关。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)(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：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。答案：BC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的超声波，同时测量的频率，根据反射波频率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。然后与地球上这些元素时发光的频率对照，可得星球的速度。(3)测血流速度：向人体内发射的超声波，超声波被血管中的血流后又被仪器接收，测出反射波的就可得血流速度。频率已知反射波变化的多少频率静止已知频率反射频率变化[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应()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电磁波，波被运动的汽车反射回来时，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去解析：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天体相对于地球的运动速度，A选项正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应可求出运动物体的速度，B选项正确；铁路工人根据振动的强弱而对列车的运动作出判断，C选项错误；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相对运动方向有关，D选项正确。答案：ABD惠更斯原理及应用1.波面和波线(1)波面：从波源出发的波，经过同一到达的各点所组成的面，如图12­5­1所示。图12­5­1时间(2)波线：用来表示波的传播方向的线，波线与各个波面总是的。说明：波面是球面的波为球面波，如空气中的声波。波面是平面的波为平面波。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，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)包络面：某时刻与子波波面相切的曲面。垂直波源(3)应用：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波面的位置，从而可确定波的。3．惠更斯原理的应用(1)应用惠更斯原理解释波的衍射：如图12­5­2所示，平面波到达挡板上的狭缝AB，按照惠更斯原理，波面上的每一点都可以看做子波的波源，位于前进方向狭缝的点也就是子波源。因此波可以到达挡板后的位置。这就是波的衍射现象。图12­5­2图12­5­3(2)应用惠更斯原理解释波的反射：惠更斯原理对波的反射的解释如图12­5­3中a、c、b是入射波的波线，a′、c′、b′是反射波的波线。过a的入射点A作与波线垂直的波面AB，在波面AB上找三点A、C、B作为子波源，设波速为v，取时间间隔Δt＝BB′v；作Δt时间后子波源A、C发出的子波波面如图中小圆弧所示；画出子波波面的包络面A′B′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线a′、c′、b′，代表了反射波的波线。(3)应用惠更斯原理解释波的折射现象：当波由一种介质进入另一种介质时发生偏折的现象叫做波的折射。用惠更斯原理解释如下：如图12­5­4所示，一束平面波中的波线a首先于时刻t由介质1到达界面。波线a进入介质2后，又经过时间Δt，波线b也到达界面。这时A、C′两点发出的子波的波面如图中两小段圆弧所示，它们的包络面为图中的A′B′，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、v2不一定相同，在Δt这段时间内，两条波线a和b前进的距离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。这是波的折射现象。图12­5­4[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)声源发出的声波在空气中向外传播过程中，振幅将逐渐减小，如何用惠更斯原理解释？解析：根据惠更斯原理可知，声波从声源发出后，在空中向外传播的过程中，形成了以波源为中心的波面。面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面，形成包络面，即为新波面。但声源提供的能量一定，在形成新的波面后，总能量不变，但每个新波面获得的能量减少，故在波的传播过程中振幅逐渐减少。答案：见解析对多普勒效应的理解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相对介质不动，如图所示f波源＝f观察者，音调不变相对位置图示结论波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示若靠近波源，由A→B，则f波源＜f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源＞f观察者，音调变低观察者A不动，波源S运动，由S→S2，如图所示f波源＜f观察者，音调变高[典题例析]1．关于多普勒效应，以下说法正确的有()A．只有机械波才能产生多普勒效应B．当波源和观察者都运动时就产生多普勒效应C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化[思路点拨]由于波源和观察者间存在相对运动，导致观察者接收到的频率与波源的频率不同，而波源的频率并没有发生变化。解析：多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应。产生多普勒效应的原因是波源和观察者有相对运动，导致观察者接收到的波的频率发生了变化，而波源的频率不变。故选项D正确，A、B、C错误。答案：D[跟踪演练](多选)下列关于多普勒效应的说法中正确的是()A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应B．当声源静止、观察者运动时，可以观察到多普勒效应C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低解析：当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大，感到声音的音调变高；如果二者远离，观察者接收到的频率减小，感到声音的音调变低，所以应选B、D。答案：BD多普勒效应的应用[典题例析]2．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超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出时低。(1)此现象属于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效应D．波的反射(2)若该路段限速为100km/h，则该轿车是否超速？(3)若该轿车以20m/s的速度行进，反射回的超声波频率应怎样变化？[思路点拨]观察者与波源相互远离，接收到的频率低于波源的频率，若接收到的频率低于波源的频率可以推断观察者与波源相互远离；观察者与波源相互靠近，接收到的频率高于波源的频率，若接收到的频率高于波源的频率可以推断观察者与波源相互靠近。解析：(1)巡警车接收到的超声波频率比发出时低，此现象为多普勒效应，选项C正确。(2)因巡警车接收到的频率低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定且在后面，可判断轿车车速比巡警车车速大，故该轿车超速。(3)若该轿车以20m/s的速度行进时，此时巡警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的超声波频率应偏高。答案：(1)C(2)超速(3)偏高[探规寻律]由多普勒效应判断波源或观察者的运动方向及速度时，只需比较波源频率f源和观察者感受到的频率f观之间的大小关系。当f源f观时，两者间距离在增大；当f源f观时，两者间距离在减小。[跟踪演练]如图12­5­5所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的人感受到的声波的频率为f2，则f1、f2与f的关系为________。图12­5­5解析：声源靠近A处的人，由多普勒效应知，他接收到的频率变大，即f1f；相反，声源远离B处的人，则他接收到的频率变小，即f2f。答案：f2ff1[课堂双基落实]1．(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解析：当波源与观察者有相对运动时，二者之间的距离必然发生变化，其距离增大或减小，则观察者接收到的频率减小或增大，可知必发生多普勒效应，即A正确；当波源与观察者运动的速度完全相同时，无相对运动，相当于二者都静止的情况，不会发生多普勒效应，故B正确，D不正确；多普勒效应是波动过程共有的特征，这里的波动包括一切波的传播过程，故C不正确。答案：AB2．(多选)下列对惠更斯原理的理解，正确的是()A．同一波面上的各质点振动情况完全相同B．同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同C．球面波是以波源为中心的一个个球面D．无论怎样的波，波线始终和波面平行解析：根据惠更斯原理，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，同一波面上各质点的振动情况完全相同，选项A正确；不同波面上质点的振动情况可能相同，选项B正确；球面波是以波源为中心的一个个球面，选项C正确；波线始终与波面垂直，选项D错误。答案：ABC3．(多选)当人听到声音的频率越来越低时，可能的原因是()A．声源和人都是静止的，声源振动的频率越来越低B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，声源振动的频率不变C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，声源振动的频率不变D．人静止，声源远离人做匀减速直线运动，声源振动的频率不变解析：人听到的声音的频率越来越低，声源远离观察者，且远离的速度越来越大，也就是加速远离。所以A、C正确。答案：AC