3.5多普勒效应
一、单选题
1．下列说法正确的是（ ）
A．在干涉现象中，振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
C．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率低
D．当水波通过障碍物时，只有障碍物或小孔的尺寸比波长小时，才发生明显的衍射现象
2．关于图片中的物理现象，描述不正确的是（ ）
A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，波速方向改变，属于波的反射现象
B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象
C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象
D．丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应
3．下列关于波的说法不正确的是（ ）
A．波在遇到障碍物时都能发生衍射现象
B．多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的
C．不同频率的两列波，能形成稳定的干涉图样
D．机械波的传播必须依赖介质
4．下列说法正确的是（ ）
A．发电机能将机械能转化成电能
B．波发生反射或折射时，频率、波速均不变
C．当障碍物的尺寸比波的波长大得多时，会发生明显的衍射现象
D．若声源向观察者靠近，则观察者接收到的频率小于声源发出声波的频率
5．如图所示，我爱发明节目《松果纷纷落》中的松果采摘机利用了机械臂抱紧树干，通过采摘振动头振动而摇动树干，使得松果脱落。则（ ）
A．工作中，树干的振动频率可能小于采摘振动头的振动频率
B．采摘振动头停止振动，则树干的振动频率逐渐减小
C．采摘振动头振动频率增加，落果效果越好
D．为避免被落下的松果砸中，拾果工人快速远离采摘机，他会感到采摘机振动声调降低
6．下列说法中正确的是（ ）
A．蝙蝠是利用自身的超声定位系统来发现食物---昆虫的
B．当机械波从空气中进入水中时，频率不变，波长和波速都变小
C．医生对病人进行“彩超”检查，实际上是利用了超声波的干涉现象
D．观察者相对于频率一定的静止声源运动时，接受到声波的频率一定发生变化
7．关于机械振动和机械波，下列说法中正确的是（ ）
A．做简谐运动的物体经过平衡位置时的加速度为零
B．在外力作用下物体的振动频率称为固有频率
C．反射、衍射、干涉、多普勒效应都是波所特有的现象
D．同一个单摆从北京移到广州，周期变长
8．下列说法正确的是（ ）
A．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波波速大于声源发出的声波波速
B．在波的传播方向上，某个质点的振动速度就是波的传播速度
C．机械波传播过程中遇到尺寸比机械波波长大的障碍物一定不能发生衍射
D．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”，利用的是多普勒效应原理
二、多选题
9．下列关于波的说法中符合实际的有（ ）
A．电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机
B．根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度
C．可见光和医院“B超”中的超声波在空气中的传播速度相同
D．电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象
10．一列简谱横波沿x轴正方向传播，在x=12m处的质点的振动图线如图1所示，在x=18m处的质点的振动图线如图2所示．下列说法正确的是（ ）
A．在0～4s内x=12m处和x=18m处的质点通过的路程均为6cm
B．x=12m处的质元在平衡位置向上振动时，x=18m处的质点在波峰
C．该波的波长可能为8m
D．若在x=18m的位置放一接收器，接收到的波的频率将大于Hz
11．如图是用频闪照相的方法获得的弹簧振子的位移－时间图象，下列有关该图象的说法正确的是（ ）
A．该图象的坐标原点是建立在弹簧振子小球的平衡位置
B．从图象可以看出小球在振动过程中是沿t轴方向移动的
C．为了显示小球在不同时刻偏离平衡位置的位移，让底片沿垂直x轴方向匀速运动
D．图象中小球的疏密显示出相同时间内小球位置变化快慢不同
12．位于坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，波速为400 m/s.已知t＝0时，波刚好传播到x＝40 m处，如图所示，在x＝400 m处有一接收器(图中未画出)，则下列说法正确的是( )
A．波源开始振动时方向沿y轴正方向
B．波源的振动周期为T＝0.05 s
C．若波源向x轴负方向运动，则接收器接收到的波的频率小于波源的频率
D．该简谐横波在传播过程中只有遇到尺寸小于或等于20 m的障碍物时才会发生明显的衍射现象
三、解答题
13．为了理解多普勒效应，可以设想一个抛球的游戏（如图）。设想甲每隔向乙抛一个球，如果甲、乙都站着不动，乙每隔接到一个球。如果甲抛球时仍然站着不动，而乙以一定速度向甲运动，这时乙接球的时间间隔是否还是？如果乙靠向甲的速度增大，乙接球的时间间隔是否会有变化？
14．如下图（a）、（b）、（c）所示分别反映了飞机以三种不同速度在空中（不考虑空气的流动）水平飞行时产生声波的情况。图中一系列圆表示飞机不同时刻发出的声波传播到的位置，A点表示飞机的位置。分析说明哪张图中飞机飞行的速度最大。最大速度约为声波速度的多少倍？
15．在静止的水面上，一个波源S做垂直水面、周期为T的振动，所产生的波沿水面以大小为u的速度向各个方向传播，波源开始振动后经过时间，在水面上看到的图像如下图（a）所示，图中实线表示波峰。则：
（1）说明图（a）中的图像为什么是一系列的同心圆？波长为多少？
（2）如果波源不动，水流以速度v沿某一方向流动，那么波源开始振动后经过时间时，站在岸上的人将看到的图像是图（b）中的哪一个？说明判断的理由。
参考答案：
1．B
【详解】A．在干涉现象中，振动加强点的振幅总比减弱点的振幅要大，位移不一定比减弱点的位移大，A错误；
B．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期由驱动力周期决定，与单摆的固有周期无关，故与单摆的摆长无关，B正确；
C．火车鸣笛向我们驶来时，根据多普勒效应可知，我们接收的频率高于波源发出的频率，C错误；
D．当水波通过障碍物时，障碍物或小孔的尺寸与波长相比差不多或更小时，才发生明显的衍射现象，D错误。
故选B。
2．A
【详解】A．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，A错误；
B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，B正确；
C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，C正确；
D．丙图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，D正确。
故选A。
3．C
【详解】A. 波遇到障碍物时，一定会发生衍射现象，但如果波长比障碍物或孔的尺寸小或相差不多时，现象明显，故A正确；
B. 多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的，故B正确；
C. 只有频率相同的两列波相遇，才能形成稳定的干涉图样，故C错误；
D. 机械波的传播必须依赖介质，电磁波的传播才不需要介质，故D正确。
本题选择不正确的选项，故选C。
4．A
【详解】A．发电机利用电磁感应将机械能转化成电能，A正确；
B．波发生反射或折射时，频率由波源决定，保持不变，波速是由介质决定，B错误；
C．当障碍物的尺寸比波的波长小时才会发生明显的衍射现象，C错误；
D．若声源向观察者靠近，则观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率，D错误。
故选A。
5．D
【详解】A．树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，故A错误；
B．采摘振动头停止振动，则树干的振动频率不变，振幅减小，故B错误；
C．当振动头的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，落果效果越好，则随着振动头频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，故C错误；
D．为避免被落下的松果砸中，拾果工人快速远离采摘机，此时根据多普勒效应，他会感到采摘机振动频率减小，声调降低，故D正确；
故选D。
6．A
【详解】A．蝙蝠是利用自身的超声定位系统来发现食物---昆虫的，故A正确；
B．当电磁波从空气中进入水中时，频率不变，而介质的折射率变大，所以波速变小，则波长也变小，对于机械波从空气中进入水中时，频率不变，但波速变大，所以波长也变大，故B错误；
C．医院检查身体的“彩超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应原理，故C错误；
D．观察相对于频率一定的声源运动时，接收到声波的频率可能发生变化，故D错误。
故选A。
7．D
【详解】A．简谐运动的物体经过平衡位置时回复力为零，而加速度不一定为零。例如单摆在平衡位置时存在向心加速度，故A错误；
B．如果振动系统不受外的作用，此时的振动频率称为固有频率，故B错误；
C．波的干涉和衍射是波所特有的现象，故C错误；
D．根据单摆的周期公式
可知同一个单摆从北京移到广州，重力加速度g变小，则周期变长，故D正确。
故选D。
8．D
【详解】A．声源与观察者相互靠近时，观察者所接收的声波频率大于声源发出的声波频率，而接收到的波速不变，A错误；
B．质点的做简谐振动，而波在同种介质中，匀速传播，因此振动速度与波的传播速度是不同的两个概念，B错误；
C．机械波传播过程中即使遇到尺寸比机械波波长大的障碍物也能发生衍射，只是不明显，C错误；
D．“彩超”利用的是多普勒效应原理，D正确。
故选D。
9．BD
【详解】A．常用红外线做为脉冲信号来遥控电视，故A错误；
B．根据多普勒效应，由于波源与接受者的相对位移的改变，而导致接受频率的变化，称为多普勒效应，所以可以判断遥远天体相对于地球的运动速度，故B正确；
C．可见光传播的速度是光速，超声波在空气中的传播速度是声速，二者传播的速度是不相等的，故C错误；
D．干涉、衍射、反射和折射现象都是波的特性，电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象，故D正确。
故选BD。
10．BC
【详解】A．据图2知，t=2s时，在x=18m处的质点的位移为零，正通过平衡位置向上运动，t=4s时刻，在x=18m处的质点的位移大于2cm，所以在0﹣4s内x=18m处的质点通过的路程小于6cm，A错误；
B．由图可知，x=12m处的质点在平衡位置向上振动时，x=18m处的质点在波峰，B正确；
C．由图知，x=12m的质点比x=18m处的质点早振动9s，即，所以两点之间的距离为
且
当n=0时，λ=8m，C正确；
D．由题意知，x=18m处的质点的起振总是与振源的起振一致，且周期T=12s，所以频率
故在x=18m的位置放一接收器，接收到波的频率为
D错误。
故选BC。
【点评】
11．ACD
【详解】AB．由图看出，弹簧振子在x轴方向做简谐运动，小球并不是沿t轴方向移动，由对称性可知，该图象的坐标原点是建立在弹簧振子小球的平衡位置，故A正确，B错误；
C．类似于沙摆实验，为了显示小球在不同时刻偏离平衡的位移，让底片沿垂直x轴方向匀速运动，故C正确；
D．图象中小球的疏密反映了小球在x方向运动的快慢，越密速度越小，位置变化越慢，故D正确。
故选ACD。
12．BCD
【详解】A．简谐横波沿x轴正方向传播，根据波形的平移法可知图示时刻x=40m处质点的振动方向沿y轴负方向，则波源开始振动时方向沿y轴负方向， A错误；
B．由图读出波长λ=20m，则周期
B正确；
C．若波源向x轴负方向运动，波源与接收器之间的距离增大，产生多普勒效应，则知接收器接收到的波的频率小于波源的频率，C正确；
D．该简谐横波的波长是20m，在传播过程中只有遇到尺寸小于或等于20m的障碍物时才产生明显的衍射现象，D正确。
故选BCD。
13．乙以一定速度向甲运动，乙接球的时间间隔小于，如果乙靠向甲的速度增大，乙接球的时间间隔是会有变化
【详解】当甲乙均不动时，相当于观察者乙与波源甲相对静止，观察到的频率等于波源震动的频率，当乙以一定的速度向甲运动，相当于观察者向波源靠近，由于间距缩短，观察着接收到的波的频率增大，乙接到球的时间会缩短，乙接球的时间间隔小于，如果乙靠向甲的速度增大，相当于观察者向波源靠近的比较快，间距缩短的较快，观察者接受到的波的频率增大的较快，乙接到球的时间会继续减小。
14．c，2倍
【详解】图（a）中飞机运动到A点时，声波已传播到前面了，即飞机运动慢于声音；图（b）中飞机运动到A点时，声波亦运动到A点，即飞机运动与声音同步；图（c）中飞机运动到A点时，声波还在后面，即飞机运动快于声音，则图（c）中飞机飞行的速度最大；如图所示，当飞机运动到某圆圆心时，在周围激发起声波，声波从圆心运动r和飞机从圆心运动到A点所用的时间相同
设A点离某圆圆心距离为x，该圆半径为r，则
根据图（c）可以估测出
解得
15．（1）见解析，；（2）I，见解析
【详解】（1）因为波从波源沿水面的各个方向传播，且传播的速度、幅度都相同，在没有阻碍和干扰的情况下，传播的轨迹时标准圆，因为水对力的传递是各向均匀的，所以激起的是以落点为中心的一系列同心圆，且波长为
（2）此时波的实际传播的速度为水流的速度与波速的叠加，在波源的右侧，波速与水流速度方向相同，波传播的更快，一个周期内传播的距离更远，而在波的左侧，波速与水流速度方向相反，波传播的更慢，一个周期内传播的距离更近，故站在岸上的人将看到的图像应是I。
