第5节 多普勒效应

一、刷基础

1.多普勒效应在科学研究、工程技术和医疗诊断等方面有着广泛的应用.关于多普勒效应,下列说法正确的是(      )(多选)

A.有经验的战士根据炮弹飞行的声音就能判断飞行的炮弹是接近还是远离

B.医院检查身体的“B超”仪应用了多普勒效应原理

C.发生雷电时,人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离,这是利用了多普勒效应原理

D.高速公路上的测速仪是应用多普勒效应来测速的

答案:AD
解析:

炮弹飞行时与空气摩擦产生声波,人耳接收到的声波的频率与炮弹的相对运动方向有关,故 $ \mathrm{A} $ 正确;“ $ \mathrm{B} $ 超”是将脏器反射的回声信号以灰阶的形式显示在仪器上的平面图像,没有利用多普勒效应原理,故 $ \mathrm{B} $ 错误;发生雷电时,人们利用看见闪电与听见雷声的时间间隔来估算自己与雷电发生处之间的距离,这是利用了声速与光速大小不同,没有利用多普勒效应原理,故 $ \mathrm{C} $ 错误;高速公路上的测速仪对运动中的汽车发射一个已知频率的超声波,超声波被运动的汽车反射回来,测速仪根据接收到的超声波频率来推知汽车的速度,利用了多普勒效应原理,故 $ \mathrm{D} $ 正确.


2.如图所示为一辆救护车在道路上匀速行驶时,用软件拟合其产生的声波的图样,图中的圆表示波峰.下列说法正确的是(      )

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A.该图表示的是干涉现象

B.行人听到救护车音调忽高忽低,因为救护车发声的频率变化了

C.前侧波的频率大于后侧波的频率

D.单位时间内前侧接收的完全波个数与后侧的相同

答案:C
解析:

题图表示的是多普勒效应, $ \mathrm{A} $ 错误;救护车发出声波的频率不变,只是行人听到的声音频率变化了,故 $ \mathrm{B} $ 错误;根据波的图样可知,前侧形成的波纹比较密,后侧形成的波纹比较稀疏,由多普勒效应可知,前侧波的频率大于后侧波的频率,左侧波的频率等于右侧波的频率,故救护车向前运动,单位时间内前侧接收的完全波个数比后侧的多, $ \mathrm{C} $ 正确, $ \mathrm{D} $ 错误.


3.汽车无人驾驶技术已逐渐成熟,最常用的是 $ \mathrm{A}\mathrm{C}\mathrm{C} $ 自适应巡航控制,它可以控制汽车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去.其使用的传感器主要为毫米波雷达,该雷达会发射和接收调制过的无线电波,再通过回波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度.若该雷达发射的无线电波的频率为 $ f $ ,接收到的回波的频率为 $ f^\prime $ ,则(      )

A.当 $ f=f^\prime $ 时,表明前车与无人车速度相同

B.当 $ f=f^\prime $ 时,表明前车一定处于静止状态

C.当 $ f^\prime > f $ 时,表明两车之间距离增大

D.当 $ f^\prime < f $ 时,表明两车之间距离减小

答案:A
解析:

当波源和观察者之间的距离不发生变化时,观察者接收到的频率和波源发出的频率相等,故当 $ f=f^\prime $ 时,说明二者之间的距离不变,表明前车与无人车速度相同,但不一定静止,故 $ \mathrm{A} $ 正确, $ \mathrm{B} $ 错误;当 $ f^\prime > f $ 时,说明接收到的频率增大,两车间距离减小,故 $ \mathrm{C} $ 错误;当 $ f^\prime < f $ 时,说明接收到的频率减小,两车间距离增大,故 $ \mathrm{D} $ 错误.


4.单音源发音器固定在小车上,其发音频率为 $ {f}_{0} $ .图1中小车沿一圆形跑道做匀速圆周运动,观察者甲静止于圆心处,测得频率为 $ {f}_{1} $ ;图2中小车沿直线向左匀速运动,观察者乙、丙静止于该直线上,丙在乙的右侧,观察者乙测得频率为 $ {f}_{2} $ ,观察者丙测得频率为 $ {f}_{3} $ ,则(      )

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图1图2

A. $ {f}_{1} > {f}_{0} > {f}_{2} > {f}_{3} $

B. $ {f}_{1}={f}_{0} > {f}_{2} > {f}_{3} $

C. $ {f}_{1}={f}_{0} > {f}_{2}={f}_{3} $

D. $ {f}_{1} $ 时而大于 $ {f}_{0} $ ,时而小于 $ {f}_{0} $ , $ {f}_{2}={f}_{3} $

答案:C
解析:

题图1中小车绕着甲做匀速圆周运动,根据多普勒效应可知,发音器发出的频率与观察者甲接收到的频率相等,则有 $ {f}_{0}={f}_{1} $ ,题图2中小车向左匀速运动,发音器远离乙和丙,根据多普勒效应可知,二者接收到的频率均小于发音器发出的频率,且发音器相对于乙和丙的运动是相同的,则有 $ {f}_{0} > {f}_{2}={f}_{3} $ ,故有 $ {f}_{1}={f}_{0} > {f}_{2}={f}_{3} $ , $ \mathrm{C} $ 正确.


5.如图所示是用发波水槽演示多普勒效应的实验照片,水槽固定不动,波源以固定频率振动并以某一速度沿 $ x $ 轴方向移动, $ A $ 、 $ B $ 是位于 $ x $ 轴上的两个质点,则在图示时刻,下列说法中正确的是(      )

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A.波源向 $ x $ 轴正方向运动

B. $ A $ 处波速大于 $ B $ 处波速

C.质点 $ A $ 振动的频率大于波源频率

D.质点 $ B $ 振动的频率等于波源频率

答案:C
解析:

由题图可知,单位时间内 $ A $ 处接收到的波面数量比 $ B $ 处多,则在 $ A $ 处接收到的频率比在 $ B $ 处接收到的频率大,可知波源向 $ x $ 轴负方向运动,故 $ \mathrm{A} $ 错误; $ A $ 、 $ B $ 处于同一介质中, $ A $ 处波速等于 $ B $ 处波速,故 $ \mathrm{B} $ 错误;单位时间内 $ A $ 处接收的波面数量较多,则质点 $ A $ 振动的频率大于波源频率,故 $ \mathrm{C} $ 正确;单位时间内 $ B $ 处接收的波面数量较少,则质点 $ B $ 振动的频率小于波源频率,故 $ \mathrm{D} $ 错误.