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.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.如图所示,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,通过L1、L2中的电流相同,L1、L2中的电流方向垂直纸面向里,L3中的电流方向垂直纸面向外,在三根导线与纸面的交点所构成的等边三角形的中心上放有一电流方向垂直纸面向外的通电长直导线,则该导线受到的安培力的方向为
A.指向L1B.指向L2
C.指向L3D.背离L3
2.真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷),分别固定在两处,它们之间的静电力为F用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触,然后移开球C,此时A、B球间的静电力为()
A.
B.
C.
D.
3.“嫦娥四号”于2019年1月3日自主着陆在月球背面,实现人类探测器首次月背软着陆。
由于“嫦娥四号”在月球背面,不能与地球直接通信,需要通过中继通信卫星才能与地球“沟通”,“鹊桥”是“嫦娥四号”月球探测器的中继卫星,该中继卫星运行在地月系的拉格朗日L2点附近的晕轨道上。
地月系的拉格朗日L2点可理解为在地月连线的延长线上(也就是地球和月球都在它的同一侧),地球和月球对处于该点的卫星的引力的合力使之绕地球运动,且在该点的卫星运动的周期与月球绕地球运动的周期相同。
若某卫星处于地月系的拉格朗日L2点,则下列关于该卫星的说法正确的是
A.在地球上可以直接看到该卫星
B.该卫星绕地球运动的角速度大于月球绕地球运动的角速度
C.该卫星绕地球运动的线速度大于月球绕地球运动的线速度
D.该卫星受到地球与月球的引力的合力为零
4.无极变速可以在变速范围内任意连续地变换速度,性能优于传统的档位变速器,很多种高档汽车都应用无极变速。
如图所示是截锥式无极变速模型示意图,两个锥轮之间有一个滚动轮,主动轮、滚动轮、从动轮之间靠着彼此之间的摩擦力带动。
当位于主动轮和从动轮之间的滚动轮从左向右移动时,从动轮转速增加。
当滚动轮位于主动轮直径D1、从动轮直径D2的位置时,主动轮转速n1、从动轮转速n2的关系是()
A.
B.
C.
D.
5.如图所示,倾角为30°的光滑斜面底端固定一轻弹簧,
点为原长位置。
质量为
的滑块从斜面上
点由静止释放,物块下滑并压缩弹簧到最短的过程中,最大动能为
。
现将物块由
点上方
处的
点由静止释放,弹簧被压缩过程中始终在弹性限度内,
取
,则下列说法正确的是
A.
点到
点的距离小于
B.从
点释放后滑块运动的最大动能为
C.从
点释放滑块被弹簧弹回经过
点的动能小于
D.从
点释放弹簧最大弹性势能比从
点释放增加了
6.如图所示的电路,闭合开关S后,a、b、c三盏灯均能发光,电源电动势E恒定且内阻r不可忽略。
现将变阻器R的滑片稍向上滑动一些,三盏灯亮度变化的情况是()
A.a灯变亮,b灯和c灯变暗
B.a灯和c灯变亮,b灯变暗
C.a灯和c灯变暗,b灯变亮
D.a灯和b灯变暗,c灯变亮
二、多项选择题
7.如图所示,A、B两物体相距
时,A正以
的速度向右作匀速直线运动,而物体B此时速度
,随即向右作匀减速直线运动,加速度大小
,由图示位置开始计时,则A追上B需要的时间是________s,在追上之前,两者之间的最大距离是______
。
8.如图所示,一质量为m、电荷量为q的小球在电场强度为E、区域足够大的匀强电场中,以初速度v0沿ON在竖直面内做匀变速直线运动.ON与水平面的夹角为30°,重力加速度为g,且mg=Eq,则()
A.电场方向竖直向上
B.小球运动的加速度大小为g
C.小球上升的最大高度为
D.若小球在初始位置的电势能为零,则小球电势能的最大值为
9.继“好奇”号之后,“洞察”号再次探访火星,使火星再次成为人类最为关注的行星。
已知它的直径约是地球的一半,质量约为地球质量的1/10,表面积相当于地球陆地面积自转周期与地球十分接近,到太阳的距离约是日地距离的1.5倍。
根据以上信息可知()
A.火星表面的重力加速度约是地球的0.4倍
B.火星的第一宇宙速度约为地球的1.6倍
C.火星的同步卫星轨道半径约为地球的1倍
D.火星的公转周期约1.8年
10.一个质点受两个互成锐角的力F1和F2作用,由静止开始运动,若运动中保持二力方向不变,但F1突然增大到F1+ΔF,则质点以后()
A.一定做匀变速曲线运动
B.在相等的时间内速度的变化一定相等
C.可能做匀速直线运动
D.可能做变加速曲线运动
三、实验题
11.如图所示,足够长的倾角θ=37°的光滑斜面体固定在水平地面上,一根轻绳跨过定滑轮,一端与质量为ml=1kg的物块A连接,另一端与质量为m2=3kg的物块B连接,绳与斜面保持平行.开始时,用手按住A,使B悬于距地面高H=0.6m处,而A静止于斜面底端。
现释放B,试求A在斜面上向上滑行的最大距离?
(设B落地后不再弹起,且所有接触面间的摩擦均忽略不计,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)
12.如图所示,质量m1=0.3kg的小车静止在光滑的水平面上,车长L=1.5m,现有质量m2=0.2kg可视为质点的物块,以水平向右的速度v0=2m/s从左端滑上小车,最后在车面上某处与小车保持相对静止.物块与车面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2,求:
(1)物块与小车共同速度;
(2)物块在车面上滑行的时间t;
(3)小车运动的位移x;
(4)要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度v′0不超过多少?
四、解答题
13.如图所示,一颗质量为m的子弹水平打中悬挂在O点的质量为M的木块,绳子长L。
子弹嵌在木块中一起上升,恰好能够到达最高点,这时被P处的刀片割断绳子(无能量损失)。
求:
(1)子弹木块飞出后落在了与圆心等高平台上的A点,A到O点的距离是多少?
(2)在最低点处,子弹打中木块后瞬间,它们的速度有多大?
(3)子弹打中木块前的初速度是多少?
14.如图所示,“L”形玻璃管ABC粗细均匀,开口向上,玻璃管水平部分长为30cm,竖直部分长为10cm,管中一段水银柱处于静止状态,水银柱在水平管中的部分长为10cm,竖直管中部分长为5cm,已知大气压强为P0=75cmHg,管中封闭气体的温度为27°,求:
①若对玻璃管中的气体缓慢加热,当竖直管中水银柱液面刚好到管口C时,管中封闭气体的温度升高多少?
(保留一位小数)
②若以玻璃管水平部分为转轴,缓慢转动玻璃管180°,使玻璃管开口向下,试判断玻璃管中水银会不会流出?
如果不会流出,竖直管中水银液面离管中的距离为多少?
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
C
C
C
B
B
B
二、多项选择题
7.514
8.BD
9.AD
10.AB
三、实验题
11.2m
12.
(1)0.8m/s
(2)0.24s(3)0.096m(4)5m/s
四、解答题
13.
(1)
(2)
(3)
14.①
②水银不会流出,管中水银液面离管口的距离为
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
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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。
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一、单项选择题
1.司机驾驶汽车在平直公路上匀速行驶,突然遇到紧急情况刹车直到停止运动,从司机发现情况到停止运动这段时间内汽车
的图象如图所示,下列说法正确的是()
A.从司机发现情况开始至汽车停止所用时间为5s
B.汽车刹车过程的加速度大小为2.0m/s2
C.汽车刹车过程的加速度大小为4.0m/s
D.从司机发现情况开始至刹车停止,汽车的总位移为30m
2.如图所示,图甲为一台小型发电机构造示意图,线圈沿逆时针转动。
从某时刻开始计时,产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。
发电机线圈内阻为1Ω,外接灯泡的电阻为5Ω,则下列说法正确的是
A.电压表的示数为3V
B.灯泡消耗的电功率是1.25W
C.线圈转动的角速度为l00πrad/s
D.在t=l×10-2s时刻,穿过线圈的磁通量最大
3.下列有关热学知识的叙述中,正确的是。
A.布朗运动是指悬浮在液体中的花粉分子的无规则热运动
B.随着分子间距离的增大,分子间的引力和斥力都减小
C.晶体沿不同方向的物理性质是一样的,具有各向同性
D.一定质量的理想气体在等温变化过程中,内能一定不变
E.一定条件下,热量也可以从低温物体传递给高温物体
4.如图所示,皮带运输机将物体匀速地送往高处,下列结论正确的是()
A.物体受到与运动方向相反的摩擦力作用
B.传送的速度越大,物体受到的摩擦力越大
C.物体所受的摩擦力与传送的速度无关
D.物体受到的静摩擦力为物体随皮带运输机上升的阻力
5.如图所示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数比为k1.降压变压器T′的原、副线圈匝数比为k2.原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源,用户电阻为R(纯电阻),若用户消耗功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率Pr和用户获得的电压U分别为()
A.Pr=
PU=
B.Pr=
PU=
C.Pr=
PU=
D.Pr=
PU=
6.静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升,在某一高度撤去恒力。
不计空气阻力,在整个上升过程中,物体机械能随时间变化关系是()
A.
B.
C.
D.
二、多项选择题
7.如图甲所示,一维坐标系中有一质量为m=2kg的物块静止于x轴上的某位置(图中未画出),从t=0时刻开始,物块在外力作用下沿x轴做匀变速直线运动,其位置坐标与速率平方关系的图象如图乙所示。
下列说法正确的是
A.物块运动的加速度大小为1m/s2
B.前2s时间内物块的位移大小为2m
C.t=4s时物块位于x=2m处
D.2~4s时间内物块的位移大小为3m
8.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1:
n2=11:
5,原线圈接ul=110sin100πtV的交流电,电阻R1=R2=25Ω,D为理想二极管,则
A.通过电阻R1的电流为2A
B.二极管的反向耐压值应大于50V
C.原线圈的输入功率为大于50W
D.通过原线圈的电流为
9.如图所示,在水平地面的O点正上方不同高度的A、B两点分别水平抛出一小球,不计一切阻力,如果两球均落在同一点C上,则两小球()
A.在空中飞行时间可能相等B.抛出时的初速度可能相同
C.落地的速率可能相等D.落地的速度方向不同
10.如图甲所示,足够长的传送带与水平面夹角为θ,传送带以速度v0逆时针匀速转动。
在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块,小木块与传送带间的动摩擦因数μ。
图乙为小木块运动的速度一时间图像。
根据以上信息可以判断出
A.μ>tanθB.μ C.t0时刻,物体的速度为v0D.传送带始终对小木块做正功 三、实验题 11.如图所示,图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图,图乙为俯视图。 图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同。 当a、b两轮在皮带的传动下匀速转动。 (1)两槽转动的角速度 ______ 。 (选填“>”“=”或“<”=)。 (2)现有两质量相同的钢球,①球放在A槽的边缘,②球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为 。 则钢球①、②的线速度之比为______;受到的向心力之比为______。 12.两位宁夏的同学利用假期分别去参观北京和海南,较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,并绘制了T2-L图象 (1)如图甲所示,去北京的同学所测实验结果对应的图线是________(选填“A”或“B”). (2)返回宁夏后,两位同学合作绘制了两种单摆的振动图象(如图乙),由图可知,两单摆摆长之比 =________. (3)在“用单摆测定重力加速度”的实验中,若测得的g值比当地的标准值偏小,可能是因为_____ A.摆球的质量偏大 B.摆动的偏角偏小 C.计算摆长时,把悬线长当作了摆长 D.测量周期时,将n次全振动误记成了(n+1)次全振动 四、解答题 13.电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0Ω时,路端电压为4.0V.求: (1)电源的内阻是多少? (2)如果在外电路再并联一个6.0Ω的电阻,路端电压是多大? 14.国家重大科学工程项目“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”实现了电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电,这是国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。 该成果在未来聚变堆研究中具有里程碑意义,标志着我国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。 “EAST”部分装置的简化模型: 要持续发生热核反应,必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在半径分别为r1和r2的两个同心圆之间的环形区域内,等离子体只在半径为r1的圆形区域内反应,环形区域存在着垂直于截面的匀强磁场。 假设约束的核聚变材料只有氕核( )和氘核( ),已知氕核( )的质量为m,电量为q,两个同心圆的半径满足 ,只研究在纸面内运动的核子,不考虑核子间的相互作用,中子和质子的质量差异以及速度对核子质量的影响。 (1)两个氘核( )结合成一个氦核( )时,要放出某种粒子,同时释放出能量,写出上述核反应方程; (2)核聚变材料氕核( )和氘核( )具有相同的动能 ,为了约束从反应区沿不同方向射入约束区的核子,求环形磁场区域所加磁场磁感应强度B满足的条件; (3)若环形磁场区域内磁场的磁感应强度为B0,氕核( )从圆心O点沿半径方向以某一速度射入约束区,恰好经过约束区的外边界,求氕核( )运动的周期T。 【参考答案】 一、单项选择题 题号 1 2 3 4 5 6 答案 C B B C B C 二、多项选择题 7.CD 8.BC 9.CD 10.BC 三、实验题 11.=;2: 1;2: 1; 12. (1)B (2)4: 9(3)C 四、解答题 13. (1) (2) 14. (1) (2) (3)
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