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声源振动时发出声音的频率即为每秒钟发出声波的数目,声源每秒钟发出的波数不同,发出声音的频率就不同.对观察者而言,人耳听到的声音频率即为每秒钟接收到的声波数目,例如我们
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声源振动时发出声音的频率即为每秒钟发出声波的数目,声源每秒钟发出的波数不同,发出声音的频率就不同.对观察者而言,人耳听到的声音频率即为每秒钟接收到的声波数目,例如我们听到频率为50Hz的声音,每秒钟接收到的声波数即为50.当声源靠近或远离观察者时,人耳听到的频率不再等于声源发出的频率,这种现象叫多普勒效应.
(1)我们在生活中经常有这样的经验:高速驶来的火车“呼啸而来,扬长而去”.试定性分析当火车靠近我们时,我们听到的鸣笛声与火车发出的声音频率相比有何不同?
(2)观察者静止在路旁,一列动车以速度v向观察者驶来,动车发出的鸣笛声频率为f0,观察者听到的声音频率为f,声音的速度为u,试推导f与f0的关系.
(3)利用多普勒效应可以测定动车的速度.观察者坐在速度为80km/h的普通列车上,从对面开来一列动车,迎面时听到动车鸣笛声的频率为f1,动车向后奔驰而去时听到的频率为f2,若f1:f2=2:1,声音的速度为1200km/h,求动车的速度大小.
(1)我们在生活中经常有这样的经验:高速驶来的火车“呼啸而来,扬长而去”.试定性分析当火车靠近我们时,我们听到的鸣笛声与火车发出的声音频率相比有何不同?
(2)观察者静止在路旁,一列动车以速度v向观察者驶来,动车发出的鸣笛声频率为f0,观察者听到的声音频率为f,声音的速度为u,试推导f与f0的关系.
(3)利用多普勒效应可以测定动车的速度.观察者坐在速度为80km/h的普通列车上,从对面开来一列动车,迎面时听到动车鸣笛声的频率为f1,动车向后奔驰而去时听到的频率为f2,若f1:f2=2:1,声音的速度为1200km/h,求动车的速度大小.
▼优质解答
答案和解析
(1)当声源靠近观察者时,人耳听到的鸣笛声的频率比火车发出的声音要大.因为相同时间内,人耳接收到的波数比火车发出的波数要多.反之,当声源远离观察者时,人耳听到的鸣笛声的频率比火车发出的声音要小.
当火车靠近我们时,距离越来越近,人感知的音调逐渐变高,即听到的声音频率增大了.
故答案为:听到的声音频率增大了.
(2)设动车发出的鸣笛声频率为f0,设观察者接收到的频率为f,当波以速度u通过接收者时,时间t内通过的完全波的个数为n=
,因而单位时间内通过接收者的完全波的个数,即接收的频率为f=
.
波源朝向观察者以速度v运动,由于波长变短为λ0=λ-vt,而使得单位时间内通过波的个数增多,即f0=
=
,(动车的速度小于声速)
故答案为:f=n′=
(3)设普通列车速度为v1,动车的速度为v2,声速为u,动车发出声波的频率为f,则由题意可得:
靠近时:f1=f×
,
远离时:f2=f×
,
又因为:f1:f2=2:1
由上三式可得:u2-3u(v1+v2)u+v1v2=0
解得:v2=
=327.3km/h.
答:动车的速度为327.3km/h.
当火车靠近我们时,距离越来越近,人感知的音调逐渐变高,即听到的声音频率增大了.
故答案为:听到的声音频率增大了.
(2)设动车发出的鸣笛声频率为f0,设观察者接收到的频率为f,当波以速度u通过接收者时,时间t内通过的完全波的个数为n=
ut |
λ |
u |
λ |
波源朝向观察者以速度v运动,由于波长变短为λ0=λ-vt,而使得单位时间内通过波的个数增多,即f0=
u |
λ0 |
fu |
u−v |
故答案为:f=n′=
uf0 |
u−v |
(3)设普通列车速度为v1,动车的速度为v2,声速为u,动车发出声波的频率为f,则由题意可得:
靠近时:f1=f×
u+v1 |
u−v2 |
远离时:f2=f×
u−v1 |
u+v2 |
又因为:f1:f2=2:1
由上三式可得:u2-3u(v1+v2)u+v1v2=0
解得:v2=
u2−3v1u |
3u−v1 |
答:动车的速度为327.3km/h.
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