高中物理第十二章机械波5多普勒效应名师导航学案选修34.docx
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高中物理第十二章机械波5多普勒效应名师导航学案选修34
5多普勒效应
名师导航
知识梳理
1.由于____________之间有相对运动，使观察者感到____________发生变化的现象叫多普勒效应，如果二者相互接近，观察者接收的频率____________，如果二者远离，观察者接收到的频率____________，注意多普勒效应的实际应用.
2.波源的频率等于单位时间内波源____________，观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内____________.
知识导学
我们在初中学过声音是由振动产生的，振动的频率决定声波的音调，因此学习本节知识时，应复习初中的知识.
由于相对运动而产生了多普勒效应，在我们的日常生活中，多普勒效应也被广泛地应用，如测量星球上某些元素发出的光波的频率，再与地球上元素静止发光频率对照算出星球靠近或远离我们的速度等.
疑难突破
1.分析多普勒效应形成的原因
剖析：
如图12-7-1所示，波源和观察者都不动，设波源频率为20Hz，则波源每秒发出20个完全波，波速v=λf，所以每秒经过观察者20个完全波，这时观察者接收到的频率等于波源的频率.
图12-7-1
图12-7-1中B所示，波源不动，观察者向波源运动，人耳在1s内由位置A移到位置B，虽然波源每秒仍发出20个完全波，但观察者每秒却接收到21个完全波，即二者相互接近时，观察者接收到的频率大于波源的频率，反之，观察者远离波源运动，观察者接收到的频率小于波源的频率.
图12-7-1中C所示，波源向右运动，观察者不动，波源由S1运动到S2，波源右方的波面变得密集，因波速不变，波长变短，右方观察者接收到的频率大于波源的频率；左方的波面变得稀疏，波长变长，左方观察者接收到的频率小于波源的频率.
2.计算波源频率和观察者接收到的频率
剖析：
v1表示波源对介质的速度，v表示波的传播速度，f和f′分别表示波源频率和观察者接收到的频率.
（1）若观察者R静止，波源S以速度v1向观察者靠近，波速v与波源的运动无关，而波源S每发出一个完全波就向R移近了v1T，故对R来说，波长缩短了v1T，即λ′=λ-v1T=v/f-v1/f=（v-v1）/f，观察者接收（感觉）到的频率为f′=
，当波源S以速度v1远离观察者时，f′=
.
（2）若波源S不动，观察者R以速度v2向S运动，经时间t向S运动了v2t的距离，同时波背离波源S传播了vt，观察者R感觉到的频率（即通过他的波的个数）为f′=
=（1+
）f，观察者以速度v2远离波源S时，f′=（1-
）f.
典题精讲
【例1】警车上的警笛每隔0.5s响一次，一个人坐在以60km/h的速度向警车行驶的汽车上，求此人在5min内听到声音的次数是多少.声音在空气中的传播速度为320m/s.
思路解析：
响声在空气中的间隔类似于一个波长为λ=320×0.5m=160m的波，人与声音的相对速度
v=（320+
）m/s=
m/s，由f=
=
Hz=
Hz，
所以n=f·t=
×300=
=631（次）.
答案：
n=631次
绿色通道：
观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到完全波的个数.
变式训练：
一固定的超声波源发出频率为100kHz的超声波，一辆汽车从远处向超声波源迎面驶来，在超声波源处的接收器接收到从汽车反射回来的超声波，并测出接收到的超声波频率为110kHz，设空气中声音的传播速度是330m/s，计算汽车的行驶速度.
答案：
33m/s
【例2】一个观察者在铁路旁，当火车迎面驶来时，他听到的汽笛声频率为f1=440Hz;当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声的频率f2=392Hz.
若大气中声速约为330m/s，求火车的速度和火车汽笛发声的频率f0.
思路解析：
设火车的速度为V，声速为v.
当火车靠近时，声波的波长被压缩为λ′=vT-VT=
，观察者听到的频率
f1=
=
即
440=
①
同理，当火车远离时，有
392=
②
联立①②解得：
V=19.0m/s,f0=415Hz.
答案：
19.0m/s415Hz
绿色通道：
在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者接收到的频率发生了变化.观察者与波源相互接近时接收到的频率变大，远离时接收到的频率变小.
变式训练：
如图12-7-2，观察者B与声源ξ都是静止的，但在B、ξ连线上有一垂直的反射面M.此反射面以速度vm=20cm/s向声源及观察者运动时，观察者测得拍频Δν=4Hz.求此声源的频率ν.（已知此时空气中声速v=340m/s）
图12-7-2
答案：
3400Hz
问题探究
问题：
想象你以声波的速度随同某一个波峰一起远离波源，会是什么情景？
导思：
此问题是波源相对介质不动，观察者远离波源运动时，接收频率问题，充分地利用了相对运动解题.
在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化.
探究：
波源是静止的，人和某一个波峰一起运动，人的速度等于波峰速度，人和波峰的相对速度为零，设人的速度为v，V为波的传播速度，任何一个完全波，接收的频率变为零，即听不到波源的声响.同时我们也可以定量地计算人接收到的频率即f=（1-v/V）λ，由v=V则有f=0，即听不到波源的声响.
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．科学家计划在2025年将首批宇航员送往火星进行考察。
一质量为m的物体,假设在火星两极宇航员用弹簧测力计测得的读数为F1,在火星赤道上宇航员用同一把弹簧测力计测得的读数为F2。
通过天文观测测得火星的自转角速度为ω,设引力常数为G,将火星看成是质量分布均匀的球体,则火星的密度和半径分别为（）
A．
B．
C．
D．
2．如图所示，参考系B相对于参考系A以速度v沿x轴正向运动，固定在参考系A中的点光源S射出一束单色光，光速为c，则在参考系B中接受到的光的情况是__________；
A．光速小于c，频率不变，波长变短B．光速小于c，频率变小，波长变长
C．光速等于c，频率不变，波长不变D．光速等于c，频率变小，波长变长
3．用甲、乙、丙三种单色光在同一个光电管上做光电效应实验，发现光电流I与电压U的关系如图所示，下列说法正确的是
A．甲、乙两种单色光的强度相同
B．单色光甲的频率大于单色光丙的频率
C．三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短
D．三种单色光中，丙照射时逸出光电子的最大初动能最小
4．在电荷量分别为2q和-q的两个点电荷形成的电场中，电场线分布如图所示，在两点电荷连线上有a、b、c三点，且b、c两点到正点电荷距离相等，则（）
A．在两点电荷之间的连线上存在一处电场强度为零的点
B．将一电子从a点由静止释放，它将在a、b间往复运动
C．c点的电势高于b点的电势
D．负试探电荷在a点具有的电势能大于在b点时的电势能
5．如图所示电路中，A、B是构成平行板电容器的两金属极板，P为其中的一个定点．将开关S闭合，电路稳定后将A板向上平移一小段距离，则下列说法正确的是（）
A．电容器的电容增加
B．在A板上移过程中，电阻R中有向上的电流
C．A、B两板间的电场强度增大
D．P点电势升高
6．一只船在静水中的速度是4m/s，它要横渡一条200m宽的河，水流速度为5m/s，此船过河的最短时间为（）
A．28.6s
B．40s
C．66.7s
D．50s
二、多项选择题
7．如图所示，质量为M=950g的木块随足够长的水平传送带AB一起以v1=6m/s的速度向左匀速运动，传送带的速度恒定，木块与传送带的动摩擦因数μ=0.5。
当木块运动到最左端A点时，一颗质量为m=50g的子弹，以v0=254m/s的水平向右的速度射入木块并留在其中，设子弹射中木块的时间极短，重力加速度g取10m/s2。
则
A．子弹射中木块后，木块一直做减速运动
B．木块被击中后向右运动，离A的最大距离为4.9m
C．木块被击中后由于木块与皮带的摩擦而产生的热量为6.5J
D．木块被击中后到相对传送带静止过程中，摩擦力对木块的冲量大小为13N·s
8．下列说法中正确的是（）
A．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定等于两个轻核的质量和
B．在核反应中，比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时，会释放核能
C．当用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光照射某金属时有光电子逸出，则用从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光照射该金属也一定会有光电子逸出
D．氢原子从n=2跃迁到n=1能级辐射的光的能量为10.2ev，只要是能量大于10.2eV的光子都能使处于基态的氢原子跃迁到激发态
9．如图，绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为E．在与环心等高处放有一质量为m、带电＋q的小球，由静止开始沿轨道运动，下述说法正确的是（）
A．小球在运动过程中机械能守恒
B．小球经过环的最低点时速度最大
C．小球经过环的最低点时对轨道压力为（mg＋Eq）
D．小球经过环的最低点时对轨道压力为3（mg+qE）
10．如图所示，在匀速转动的水平盘上，沿半径方向放着用细线相连的物体A和B，A和B质量都为m。
它们分居在圆心两侧，与圆心距离分别为RA＝r，RB＝2r，A、B与盘间的动摩擦因数μ相同。
若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时，下列说法正确的是（）
A．此时绳子张力为T＝
B．此时圆盘的角速度为ω＝
C．此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆外
D．此时烧断绳子物体A、B仍将随盘一块转动
三、实验题
11．某电视台娱乐节目在游乐园举行家庭搬运砖块比赛活动．比赛规则是：
如图甲所示向滑动的长木板上放砖块，且每次只能将一块砖无初速度（相对地面）的放到木板上，木板停止时立即停止搬放，以木板上砖块多少决定胜负．已知每块砖的质量m=0．8kg，木板的上表面光滑且足够长，比赛过程中木板始终受到恒定的拉力
的作用，未放砖块时木板以v0="3"m/s的速度匀速前进．获得冠军的家庭上场比赛时每隔T=0．8s放一块砖，从放上第一块砖开始计时，图中仅画出了0～0．8s内木板运动的v–t图象，如图乙所示，g取10m/s2．求：
（1）木板的质量M及板与地面间的动摩擦因数为多少？
（2）木板停止时，木板上放有多少块砖？
（3）从放上第一块砖开始到停止，木板的总位移是多少？
12．
（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：
A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B．条形磁铁
C．直流电源
D．多用电表
E．开关、导线若干
上述器材在本实验中不必用到的是________（填器材前的序号），本实验中还需要用到的器材有________。
（2）做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是（_______）
A．原线圈接直流电压，电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，电表用交流电压挡
C．原线圈接12V以下交流电压，电表用交流电压挡
D．原线圈接220V交流电压，电表用交流电压挡
四、解答题
13．固定在竖直平面内的光滑绝缘轨道LMN，其中M水平且足够长，LM下端与MN平滑相接。
在OP与QR之间的区域内有方向如图所示的匀强电场和匀强磁场。
质量为m和5m的绝缘小物块C、D（可视为质点），其中D带有一定电荷量q，C不带电，现将物块D静止放置在水平轨道的MO段，将物块C从离水平轨道MN距离h高的L处由静止释放，物块C沿轨道下滑进入水平轨道，然后与D正碰（C、D的电荷量都不变），碰后物块C被反弹，物块D进入虚线OP右侧的复合场中沿直线OQ运动且恰好对水平轨道无压力，最后离开复合场区域。
已知：
重力加速度g、电场强度E=
、磁感应强度B=
，求：
（1）物块D进入电磁场的速度大小；
（2）物块C反弹后滑回斜面LM的最大高度H；
（3）若已知OQ间距为h，保持其他条件不变，仅将电场强度增大为E2=5E，同时磁感应强度减小为B2=
，那么物块D离开电磁场后所到达轨迹最高点离水平轨道MN的高度?
14．如图所示，在xOy平面上第I象限内有平行于轴的有界匀强电场，方向如图，在第IV象限过点放一张垂直于xOy平面的感光胶片（感光胶片足够长），Q点的坐标为（0，L），在x轴和感光胶片间有方向垂直纸面向外的匀强磁场。
y轴上一点P的坐标为（0.，L），有一电子以垂直于y轴的初速度v0从P点垂直射入电场中，并从A点射出，A点坐标为（2L，0）。
已知电子的电荷量大小为e，质量为m，不计电子的重力。
（1）求匀强电场的场强大小；
（2）为使第一次进入第Ⅳ象限的电子都能在感光胶片上曝光，求满足条件的所有磁感应强度B的值
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
A
D
C
C
B
D
二、多项选择题
7．BD
8．BC
9．BD
10．ABC
三、实验题
11．
（1）
（2）n=5（3）s=7.6m
12．BC低压交流电源C
四、解答题
13．
（1）
（2）
（3）0.44h
14．
（1）
（2）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．两木块A.B质量之比为2:
1，在水平地面上滑行时与地面间的动摩擦因数相同，则A.B在开始滑行到停止运动的过程中，滑行的时间tA∶tB和距离
（）
A．初动能相同时分别为1:
，1:
2
B．初动能相同时分别为1:
4，1:
4
C．初动量相同时分别为1:
，1:
2
D．初动量相同时分别为1:
2，1:
2
2．甲、乙两弹簧振子，振动图象如图所示，则可知______。
A．甲的速度为零时，乙的速度最大
B．甲的加速度最小时，乙的速度最小
C．任一时刻两个振子受到的回复力都不相同
D．两个振子的振动频率之比f甲：
f乙=1：
2
E.两个振子的振幅之比为A甲：
A乙=2：
1
3．如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心，一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止P点。
设滑块所受支持力为FN，OF与水平方向的夹角为θ,下列关系正确的是
A．
B．
C．
D．
4．如图所示，两个小球a、b质量均为m，用细线相连并悬挂于O点，现用一轻质弹簧给小球a施加一个拉力F，使整个装置处于静止状态，且Oa与竖直方向夹角为
，已知弹簧的劲度系数为k，则弹簧形变量最小值是（）
A．
B．
C．
D．
5．把图甲所示的正弦式交变电流接在图乙中理想变压器的A、B两端，电压表和电流表均为理想电表，Rt为热敏电阻（温度升高时其电阻减小），R为定值电阻．下列说法正确的是：
（）
A．Rt处温度升高时，电流表的示数变大，变压器输入功率变大
B．Rt处温度升高时，电压表V1、V2示数的比值不变
C．在t=1×10﹣2s时，穿过该矩形线圈的磁通量为零
D．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=36sin50πt（V）
6．如图，在M、N点分别放有带电荷量为Q和q的两个正点电荷，它们之间的库仑力大小为F．下列说法正确的是（）
A．Q对q的库仑力的方向向左
B．q对Q的库仑力的方向向右
C．若将它们间的距离增大为原来的2倍，则Q对q库仑力的大小变为
F
D．若将它们间的距离增大为原来的2倍，则Q对q库仑力的大小变为4F
二、多项选择题
7．2011年中俄联合实施探测火星计划，由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯—土壤”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星。
已知火星的质量与地球质量之比为1:
9，火星的半径约与地球半径之比为1:
2，下列说法中正确的是_______。
A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B．发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度
C．火星表面的重力加速度与地球表面重力加速度之比是4:
9
D．火星探测器绕火星表面和绕地球表面做圆周的周期之比为
E．火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的
8．如图所示，为轿车中的手动变速杆，若保持发动机输出功率不变，将变速杆推至不同挡位，可获得不同的运行速度，从“1”～“6”挡速度增大，R是倒车挡。
某型号轿车发动机的额定功率为60kW，在水平路面上行驶的最大速度可达180km/h。
假设该轿车在水平路面上行驶时所受阻力恒定，则该轿车（）
A．以最大牵引力爬坡，变速杆应推至“1”挡
B．以最大牵引力爬坡，变速杆应推至“6”挡
C．以额定功率在水平路面上以最大速度行驶时，其牵引力为1200N
D．以54km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的输出功率为60kW
9．如图所示，绝缘粗糙斜面体固定在水平地面上，斜面所在空间存在平行于斜面向上的匀强电场E，轻弹簧一端固定在斜面顶端，另一端拴接一不计质量的绝缘薄板。
一带正电的小滑块，从斜面上的P点处由静止释放后，沿斜面向上运动，并能压缩弹簧至R点（图中未标出），然后返回。
则（）
A．滑块从P点运动到R点的过程中，其机械能增量等于电场力、弹簧弹力、摩擦力做功之和.
B．滑块从P点运动到R点的过程中，电势能的减小量大于重力势能和弹簧弹性势能的增加量之和.
C．滑块返回能到达的最低位置在P点；
D．滑块最终停下时，克服摩擦力所做的功等于电势能的减小量与重力势能增加量之差；
10．关于一定量的气体，下列说法正确的是（）
A．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
B．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
C．气体在等压膨胀的过程中温度一定升高
D．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
三、实验题
11．汽车前方
有一自行车正以
的速度匀速前进，汽车以
的速度追赶自行车，若两车在同一条公路不同车道上做同方向的直线运动，求：
（1）经多长时间，两车第一次相遇？
（2）若汽车追上自行车后立即刹车，汽车刹车过程中的加速度大小为
，在两车第二次相遇前，再经过多长时间两车距离最大？
最大距离为多少？
（3）条件同
（2），则汽车追上自行车后，再经多长时间两车第二次相遇？
12．如图所示，在倾角为
的足够长的固定的光滑斜面上，有一质量为M=3kg的长木板正以
的初速度沿斜面向下运动，现将乙质量m=1kg的小物块（大小可忽略）轻放在长木板正中央，已知物块与长木板间的动摩擦因数
，设物块与木板间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取
（1）要使小物块不滑离长木板，长木板至少要有多长；
（2）假设长木板长L=16m，在轻放小物块的同时对长木板施加一沿斜面向上的F=45N的恒力，求小物块在长木板上运动过程中F所做的功及系统机械能的增量。
四、解答题
13．如图所示，把重10N的物体放在β=37°的斜面上,物体的一端与固定于斜面上的轻弹簧相连接，整个装置静止。
弹簧劲度系数k=200N/m。
已知sin37°=0.6,cos37°=0.8
（1）若斜面光滑，则弹簧的伸长量是多少?
（2）若物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.5，则弹簧的形变量范围是多少?
（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）
14．边长为L的正方形闭合金属导线框，其质量为m，回路电阻为R．图中M、N、P为磁场区域的边界，且均为水平，上下两部分水平匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向如图所示．现让线框由图示位置由静止开始下落，线框在穿过M和P两界面的过程中均为匀速运动．已知M、N之间和N、P之间的高度差相等，均为
，下落过程中线框平面始终保持竖直，底边始终保持水平，当地的重力加速度为g．试求：
（1）图示位置线框的底边到M的高度
．
（2）线框的底边刚通过磁场边界N时，线框加速度的大小．
（3）线框在通过磁场边界N的过程中，线框中产生的焦耳热．
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
A
A
A
A
A
C
二、多项选择题
7．BCE
8．AC
9．AB
10．CDE
三、实验题
11．
（1）10s
（2）36m（3）13.5s
12．
（1）10m
（2）90J；0；
四、解答题
13．
（1）
（2）
14．
（1）
（2）
（3）
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