河北省邢台市高中物理 第十二章 机械波12.5 多普勒效应
12.5 多普勒效应 12.6惠更斯原理
[目标定位] 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
[问题设计]
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．
[要点提炼]
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
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A→B或A→C，如图所示
若靠近波源，由A→B，则f观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，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．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、波线、惠更斯原理
[问题设计]
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？
[要点提炼]
1．波面：在波的传播过程中，任一时刻介质中 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 如图1所示．
图1
3．惠更斯原理
介质中任一波面上的各点，都可以看做 的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的 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 ，无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的 的关系．
三、波的反射和折射
[问题设计]
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？
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．
[要点提炼]
1．波的反射
(1)定义：波遇到介质界面会 继续传播的现象．
(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的 ．
2．波的折射
(1)波从一种介质 另一种介质时，波的 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)波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中传播 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λ
是否变化？
一、对多普勒效应的理解
例1 关于多普勒效应，以下说法中正确的是( )
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时产生的
D．只有声波才能产生多普勒效应
例2 如图2甲所示，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( )
图2
A．女同学从A向B运动过程中，她感受哨声音调变高
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
二、对惠更斯原理的理解
例3 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
三、波的反射和折射及应用
例4 图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )
图3
A．2与1的波长、频率相等，波速不等
B．2与1的波速、频率相等，波长不等
C．3与1的波速、频率、波长均相等
D．3与1的频率相等，波速、波长均不等
1.(多普勒效应)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
2．(惠更斯原理)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
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
4．(波的反射)某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m．海面上发出的声音经0.4 s听到回声，则海水深为多少？
题组一 对多普勒效应的理解
1．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
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
2．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电磁波，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
3．公路巡警开车在高速公路上以100 km/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100 km/h B．低于100 km/h
C．等于100 km/h D．无法确定
4．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，f表示接收器接收到的频率．若u增大，则( )
A．f增大，v增大 B．f增大，v不变
C．f不变，v增大 D．f减小，v不变
题组二 对惠更斯原理的理解
5．关于惠更斯原理、波的反射、波的折射，下列说法正确的是( )
A．惠更斯原理能够解释所有波的现象
B．子波的波速与频率等于波源的波速和频率
C．用惠更斯原理不能解释波的衍射现象
D．同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反
E．波在两介质的界面发生反射和折射时，反射波和折射波的频率不发生变化
6．下列说法中正确的是()
A．水波是球面波
B．声波是球面波
C．只有横波才能形成球面波
D．只有纵波才能形成球面波
题组三 波的反射和折射
7．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
8．人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，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
题组四 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
10．如图1所示为产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
图1
(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)波源正在向哪处移动( )
A．A B．B
C．C D．D
(3)观察到波的频率最低的位置是( )
A．A B．B
C．C D．D
11．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms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39 000 Hz，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39 000 Hz
B．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39 000 Hz
12．一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，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？
13．一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，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．
