- 多普勒效应
- 共50题
如图所示,声源S和观察A都沿x轴正方向运动,相对于地面的速率分别为Vs和vA,空气中声音传播的速率为vP,设Vs<vP,vA<vP,空气相对于地面没有流动.若声源相继发出两个声信号,时间间隔为△t,请根据发出的这两个声信号从声源传播到观察者的过程,确定观察者接收到这两个声信号的时间间隔△t′.
正确答案
设t1、t2为声源S发出两个信号的时刻,t′1、t′2为观察者接收到两个信号的时刻.
则第一个信号经过(t′1-t1)时间被观察者A接收到,第二个信号经过(t′2-t2)时间
被观察者A接收到.且t2-t1=△t t'2-t′1=△t′
设声源发出第一个信号时,S、A两点间的距离为L,两个声信号从声源传播到观察者的过程中,它们运动的距离关系如图所示,
可得vP=(t′1-t1)=L+vA(t′1-t1)vP(t′2-t2)=L+vA(t′2-t1)-vS△t
由以上各式,得△t′=△t
B.(选修3-4试题)
(1)下列说法正确的是______
A.泊松亮斑有力地支持了光的微粒说,杨氏干涉实验有力地支持了光的波动说.
B.从接收到的高频信号中还原出所携带的声音或图象信号的过程称为解调
C.当波源或者接受者相对于介质运动时,接受者往往会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应.
D.考虑相对论效应,一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小
(2)如图1所示,真空中有一顶角为75°,折射率为n=的三棱镜.欲使光线从棱镜的侧面AB进入,再直接从侧面AC射出,求入射角θ的取值范围为______.
(3)一列向右传播的简谐横波在某时刻的波形图如图2所示.波速大小为0.6m/s,P质点的横坐标x=96cm.求:
①波源O点刚开始振动时的振动方向和波的周期;
②从图中状态为开始时刻,质点P第一次达到波峰时间.
正确答案
(1)A、泊松亮斑是波的衍射现象,证明光具有波动性,泊松亮斑和杨氏干涉都有力地支持了光的波动说.故A错误.
B、解调是从接收到的高频信号中还原出所携带的声音或图象信号的过程.故B正确.
C、当波源或者接受者相互靠近或远离时,接受者会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应.故C正确.
D、根据相对论效应尺缩效应得知,沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小.故D正确.
故选BCD
(2)设光恰好在AC面上发生全反射时入射角为θ.
由sinC==
,得临界角C=45°
由几何知识得:AB面上折射角r=30°
由折射定律得n=,解得,α=45°
当入射角增大时,光线在AC面的入射角减小,故入射角在45°<θ<90°范围时,光线从棱镜的侧面AB进入,再直接从侧面AC射出.
(3)①波源O点刚开始振动时的振动方向向下,周期T==0.4s
②当图中x=6cm处的波峰状态传到P点时,P点第一次达到波峰,则质点P第一次达到波峰时间:t==
=1.5s故答案为:
(1)BCD
(2)45°<θ<90°.
(3)①波源O点刚开始振动时的振动方向向下,周期为0.4s.
②质点P第一次达到波峰时间为1.5s.
蝙蝠在喉内产生超声波通过口或鼻孔发射出来,超声波遇到猎物会反射回来,回波被蝙蝠的耳廓接收,根据回波判断猎物的位置和速度.在洞穴里悬停在空中的蝙蝠对着岩壁发出频率为34kHz的超声波,波速大小为340m/s,则该超声波的波长为 m,接收到的回波频率 (选填“大于”、“等于”或“小于”)发出的频率.
正确答案
0.01; 等于
试题分析:根据;由于波源和物体都是静止的,所以接收到的回波频率等于发出的频率.
以速度v="20" m/s奔驰的火车,鸣笛声频率f="275" Hz,已知常温下空气中的声速V="340" m/s.当火车驶来时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率为多少?当火车驶去时,站在铁道旁的观察者听到的笛声频率又为多少?
正确答案
292 Hz 260 Hz
火车向观察者驶来(火车接近观察者)时,以观察者为参考系(观察者相对介质静止),声波的波长减小为λ1=(V-v)/f,这时观察者接收到的笛声的频率为
f1=×275 Hz="292" Hz
火车驶去(火车远离观察者)时,以观察者为参考系,声波的波长增大为λ2=(V+v)/f
这时观察者接收到的笛声频率为f2=×275 Hz="260" Hz.
图12-7-4所示,声源S和观察者A都沿x轴正方向运动,相对于地面的速率分别为vS和vA.空气中声音传播的速率为vP,设vS<vP,vA<vP,空气相对于地面没有流动.
图12-7-4
(1)若声源相继发出两个声信号,时间间隔为Δt,请根据发出的这两个信号从声源传播到观察者的过程,确定观察者接收到这两个信号的时间间隔Δt′;
(2)请利用(1)的结果,推导此情形下观察者接收到的声源频率与声源发出的声波频率间的关系式.
正确答案
(1) (2)
如图11所示,设t1、t2时刻S发出第一、第二两个信号,A分别在t1′、t2′接收到这两个信号,则由图中关系可知:
图11
(1)t2-t1="Δt " t2′-t1′=Δt′
vp(t1′-t1)=L+va(t1′-t1)
vS(t2-t1)+vp(t2′-t2)=L+va(t2′-t1),可得
(2)设声源发出声波周期为T,则由(1)的关系式,可推知观察者接收到的声波周期为,变形得
二十世纪二十年代,天文学家哈勃从星光谱的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行,距离越远,退行速度越大,两者成正比,这个规律称为哈勃定律。一个遥远的超新星以速度v远离地球观察者,则地球观察者测量的星系光谱波长____________(选填“大于”、“等于”或“小于”)超新星发出光谱波长;地球观察者测量超新星发出光的传播速度为_____________(光在真空中传播速度为c)。
正确答案
大于 c
根据多普勒效应,遥远的超新星以速度v远离地球观察者,则地球观察者测量的星系光谱波长大于超新星发出光谱波长;根据相对论原理,地球观察者测量超新星发出光的传播速度为c。
如图所示,在公路的十字路口东侧路边,甲以速度v1向东行走,在路口北侧,乙站在路边,一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛,已知汽车笛声的频率为f0,车速v2>v1.甲听到的笛声的频率为f1,乙听到的笛声的频率为f2,司机自己听到的笛声的频率为f3,则此三人听到笛声的频率由高至低顺序为________.
正确答案
f1>f3>f2
试题分析:由于,所以汽车和甲的相对距离减小,甲听到的频率变大,即
,由于乙静止不动,则汽车和乙的相对距离增大,乙听到的频率变低,即
.由于司机和汽车相对静止,所以司机听到的频率不变,即
.综上所述,三人听到笛声的频率由高至低依次为
.即
点评:关键是对多普勒效应原理正确掌握,基础题,比较简单
一机车汽笛频率为650Hz,机车以v=15m/s的速度观察者驶来,设空气中的声速是V=340m/s,观察者听到的声音频率为多少?
正确答案
机车静止时,汽笛声的波长为λ,由于机车(波源)向观察者运动,波长应减小vT,则单位时间内通过观察者的波数变为f′=f=
×650=680Hz
即观察者听到的声音频率变大了,音调变高了.
如图12-7-3所示,波源S不动,每秒发出30个完全波,观察者1 s内由位置A移到位置B,则观察者每秒将接收到___________个完全波.
图12-7-3
正确答案
31
由于观察者与波源的相对运动,1 s内观察者将接收到31个完全波.
(1)下列说法正确的是
[ ]
A.电磁波由真空进入介质时波长变短
B.简谐机械波在给定的介质中传播时,振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越长
C.光的偏振现象证明了光波是纵波
D.当波源或者接受者相对于介质运动时,接受者会发现波的频率发生了变化,这种现象叫多普勒效应
E.太阳光下的肥皂泡表面呈现彩色条纹,是光的衍射现象
F.考虑相对论效应,一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小
G.光导纤维利用了光的干涉现象
H.按照麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场
(2)△ABC为一直角三棱镜的截面,其顶角α=30°,P为垂直于底边直线BC的较大的光屏,现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面,结果在屏P上形成一宽度等于2AB/3的一条光带,求三棱镜的折射率。
正确答案
(1)ADFH
(2)
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