Hiệu ứng Dopple doc

Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 1 CH  V. HIU NG DOPPLE A. TÓM TT KIN THC C BN S thay i tn s sóng do ngun sóng chuyn ng tng i so vi máy thu c gi là hiu ng Dopple. Kí hiu f và v ln lt là tn s sóng và tc  truyn sóng trong môi trng do ngun sóng phát ra. • Trng hp ngun sóng ng yên, ngi quan sát (máy thu) chuyn ng o Khi ngun sóng ng yên, máy thu chuyn ng li gn ngun sóng vi tc  v M thì tn s sóng mà máy thu thu c là : ff v vv f M > + =' (1) o Khi ngun sóng ng yên, máy thu chuyn ng ra xa ngun sóng vi tc  v M thì tn s sóng mà máy thu thu c là : ff v vv f M < − =' (2) • Trng hp ngun sóng chuyn ng li gn ngi quan sát (máy thu) o Khi ngun sóng chuyn ng li gn máy thu vi tc  v S thì tn s sóng mà máy thu thu c là : ff vv v f S > − =' (3) o Khi ngun sóng chuyn ng ra xa máy thu vi tc  v S thì tn s sóng mà máy thu thu c là : ff vv v f S < + =' (4) Tng quát : Tn s sóng mà máy thu thu c do ngun sóng phát ra là : f vv vv f S M ± ± =' (5) Trong ó : v là tc  truyn sóng v M là tc  máy thu v S là tc  ngun sóng T s ca (5) : ly du (+) khi máy thu li gn ngun sóng, ly du (-) khi máy thu ra xa ngun sóng Mu s ca (5) : ly du (+) khi ngun sóng ra xa máy thu, ly du (-) khi ngun sóng li gn máy thu “Li gn tn s tng, ra xa tn s gim” Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 2 B. MT S BÀI TP Bài 1. Mt xe ca cnh sát u  l ng cao tc bóp còi phát ra âm có tn s 1 000 Hz. Tc  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Mt ngi lái xe nghe thy ting còi có tn s bng bao nhiêu khi a) ngi ó lái xe tin li gn xe cnh sát vi tc  54 km/h. b) ngi ó lái xe tin ra xa xe cnh sát vi tc  54 km/h. Bài gii : Theo  : f = 1 000 Hz ; v = 340 m/s ; v M = 54 km/h = 15 m/s. a) Tn s ting còi mà ngi lái xe nghe c khi lái xe tin li gn xe cnh sát là : 10441000. 340 15340 ' ≈ + = + = f v vv f M Hz b) Tn s ting còi mà ngi lái xe nghe c khi lái xe tin ra xa xe cnh sát là : 9561000. 340 15340 ' ≈ − = − = f v vv f M Hz Bài 2. Mt xe ca cnh sát chy vi tc  72 km/h trên mt on ng thng. Ngi cnh sát  trên xe dùng còi in phát ra âm có tn s 1 000 Hz. Tc  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Mt ngi ng bên l ng nghe ting còi có tn s bao nhiêu khi a) xe ca cnh sát chy li gn ngi ó vi tc  63 km/h. b) xe ca cnh sát chy ra xa ngi ó vi tc  63km/h. Bài gii : Theo  : f = 1 000 Hz ; v = 340 m/s ; v S = 63 km/h = 17,5 m/s. a) Khi xe cnh sát chy li gn, ngi ng bên l ng nghe thy ting còi có tn s : 10541000. 5,17340 340 ' ≈ − = − = f vv v f S Hz b) Khi xe cnh sát chy ra xa, ngi ng bên l ng nghe thy ting còi có tn s : 9511000. 5,17340 340 ' ≈ + = + = f vv v f S Hz Bài 3. Mt xe cu thng hú còi  tn s 1 500 Hz và vt qua mt ngi ang i xe p vi tc  2,5 m/s. Sau khi b xe vt, ngi i xe p nghe thy âm có tn s 1 427 Hz. Ly tc  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Tính tc  ca xe cu thng. Bài gii : Kí hiu v S và v M ln lt là tc  ca xe cu thng và ca ngi i xe p ; f và 'f ln lt là tn s ca ting còi phát ra t! xe cu thng và tn s ca ting còi mà ngi i xe p nghe c ; v là tc  truyn âm trong không khí. Sau khi xe cu thng vt qua ngi i xe p thì ngun phát sóng (xe cu thng) ang d ch chuyn ra xa máy thu (ngi i xe p) vi tc  v S còn ngi i xe p (máy thu) ang chuyn ng li gn ngun phát sóng (xe cu thng) vi tc  v M nên ta có : f vv vv f S M + + =' Suy ra tc  v S ca xe cu thng là : 20340 1427 1500 ).5,2340( ' ).( ≈−+=−+= v f f vvv MS m/s = 72 km/h Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 3 Bài 4. Mt máy dò tc  "t nm yên phát ra sóng âm có tn s 0,150 MHz v phía mt chic xe ang tin li gn. Tn s sóng phn x t! chic xe tr li mà máy dò nhn c là 0,174 MHz. Bit tc  cho phép trên on ng này là 85 km/h. H#i chic xe có vt quá tc  cho phép không ? Ly tc  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Bài gii : Kí hiu v là tc  truyn sóng âm trong không khí. Chic xe v!a có tác d$ng nh máy thu (vì nó nhn sóng t! máy dò n) v!a có tác d$ng nh máy phát (vì nó phn x sóng tr li máy dò). Khi máy dò là ngun phát sóng có tn s f và chic xe là máy thu thì ngun sóng ng yên và máy thu chuyn ng li gn ngun sóng vi tc  v M nên tn s sóng 'f mà chic xe thu c là : f v vv f M + =' (1) Sóng phn x t! chic xe có tn s 'f . Khi chic xe là ngun phát sóng có tn s 'f và máy dò là máy thu thì ngun sóng chuyn ng li gn máy thu vi tc  v M và máy thu ng yên nên tn s sóng ''f mà máy dò thu c là : ''' f vv v f M − = (2) Thay 'f  (1) vào (2) ta c : f vv vv f M M − + ='' T! (3) suy ra tc  v M ca chic xe là : 2,25340. 150,0174,0 150,0174,0 '' '' ≈ + − = + − = v ff ff v M m/s = 90,72 km/h Nh vy v M = 90,72 km/h > 85 km/h, ngha là xe này ã chy vt quá tc  cho phép ca on ng này. Bài 5. Mt cái còi phát ra âm có tn s 528 Hz chuyn ng theo mt qu% o tròn tâm O bán kính 20 cm trong m"t phng ngang vi tc  góc 25 rad/s. Mt ngi  khong cách khá xa và ng yên so vi O s& nghe thy âm ca ting còi có tn s ln nht và nh# nht là bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Bài gii : Tc  dài v M ca cái còi trong chuyn ng tròn là : 52,0.25 = = = rv M ω m/s Do ngi nghe  khong cách khá xa i vi tâm O ca qu% o cái còi nên nghe thy âm ca ting còi có tn s ln nht ng vi lúc chic còi ang chuyn ng qua v trí tin li gn ngi vi tc  v M = 5 m/s, nghe thy âm ca ting còi có tn s nh# nht ng vi lúc chic còi ang chuyn ng qua v trí tin ra xa ngi vi tc  v M = 5 m/s. Tn s ln nht và nh# nht ca ting còi mà ngi này nghe thy ln lt là : 536528. 340 5340 ' max ≈ + = + = f v vv f M Hz 520528. 340 5340 ' min ≈ − = − = f v vv f M Hz Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 4 Bài 6. Các con di bay và tìm mi bng cách phát ra và sau ó thu nhn các phn x ca sóng siêu âm, ó là nh'ng sóng âm mà tai con ngi không th cm nhn c. Gi s mt con di hình móng nga bay n gn mt con bm êm vi tc  v d = 9,0 m/s trong lúc con bm bay n gn con di vi tc  v b = 8,0 m/s. T! m(i ca con di phát ra sóng siêu âm có tn s f, sóng này bay n con bm và phn x tr li, sóng phn x tr li có tn s 'f . Con di iu ch)nh tn s f ca sóng phát i  nó nhn c tn s 83'' = f kHz ca sóng tr v, vi tn s này con di nghe rõ nht. Tính tn s f ca sóng mà con di phát i. Ly tc  truyn sóng âm trong không khí c v = 340 m/s. Bài gii : Con bm v!a tác d$ng d$ng nh mt máy thu (vì nó nghe sóng t! con di n) v!a có tác d$ng nh máy phát (vì nó phn x sóng tr li con di). Khi con di là ngun phát sóng có tn s f và con bm là máy thu thì ngun sóng d ch chuyn li gn máy thu vi tc  v d và máy thu d ch chuyn li gn ngun sóng vi tc  v b nên tn s sóng mà con bm thu c là : f vv vv f d b − + =' Suy ra : 'f vv vv f b d + − = (1) Sóng phn x li t! con bm có tn s 'f . Khi con bm là ngun phát sóng có tn s 'f và con di là máy thu thì ngun sóng d ch chuyn li gn máy thu vi tc  v b và máy thu d ch chuyn li gn ngun sóng vi tc  v d nên tn s sóng mà con di thu c là : ''' f vv vv f b d − + = Suy ra : ''' f vv vv f d b + − = (2) Thay (2) vào (1) ta tính c tn s sóng f mà con di phát ra là : 7583. 0,9340 0,8340 . 0,8340 0,9340 ''. ≈ + − + − = + − + − = f vv vv vv vv f d b b d kHz Bài 7. Bn Tho thi còi  tn s f và bn Hnh nghe ting còi y. Nu bn Tho ng yên, bn Hnh chy li gn bn Tho vi tc  v 0 thì bn Hnh nghe thy ting còi có tn s f 1 . Còn nu bn Hnh ng yên, bn Tho v!a thi còi v!a chy li gn bn Hnh c(ng vi tc  v 0 thì bn Hnh nghe thy ting còi có tn s f 2 . Hãy so sánh f, f 1 và f 2 . Bài gii : Kí hiu v là tc  truyn âm trong không khí. Ta có : ff v vv f > + = 0 1 và ff vv v f > − = 0 2 Suy ra : ( ) 2 0 2 2 000 2 1 1.       −= − = −+ = v v v vv v vv v vv f f Do 10 0 << v v nên ta có 10 2 1 << f f hay 21 ff < Vy ta có : f < f 1 < f 2 Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 5 C. CÂU HI VÀ BÀI TP TRC NGHIM Câu 1: Hiu ng Dopple gây ra hin tng gì sau ây ? A. Thay i cng  âm khi ngun âm chuyn ng so vi ngi nghe. B. Thay i  cao ca âm khi ngun âm chuyn ng so vi ngi nghe. C. Thay i âm s*c ca âm khi ngi nghe chuyn ng li gn ngun âm. D. Thay i c  cao và cng  âm khi ngun âm chuyn ng. Câu 2: Trng hp nào sau ây thì âm do máy thu ghi nhn c có tn s ln hn tn s ca âm do ngun âm phát ra ? A. Ngun âm ng yên, máy thu chuyn ng ra xa ngun âm. B. Máy thu chuyn ng li gn ngun âm ng yên. C. Máy thu ng yên, ngun âm chuyn ng ra xa máy thu. D. Máy thu và ngun âm chuyn ng cùng hng vi cùng tc . Câu 3: Trng hp nào sau ây thì âm do máy thu ghi nhn c có tn s nh# hn tn s ca âm do ngun âm phát ra ? A. Ngun âm ng yên, máy thu chuyn ng ra xa ngun âm. B. Máy thu chuyn ng li gn ngun âm ng yên. C. Máy thu ng yên, ngun âm chuyn ng li gn máy thu. D. Máy thu và ngun âm chuyn ng cùng hng vi cùng tc . Câu 4: Mt ngun âm ng yên trong không khí phát ra sóng âm có tn s f. Kí hiu v là tc  truyn âm trong không khí. Mt máy thu tin li gn ngun âm vi tc  v M thì s& ghi nhn c âm có tn s A. f v vv f M + =' . B. f v vv f M − =' . C. f v vv f M M + =' . D. f v vv f M M − =' . Câu 5: Mt ngun âm ng yên trong không khí phát ra sóng âm có tn s f. Kí hiu v là tc  truyn âm trong không khí. Mt máy thu tin ra xa ngun âm vi tc  v M thì s& ghi nhn c âm có tn s A. f v vv f M + =' . B. f v vv f M − =' . C. f v vv f M M + =' . D. f v vv f M M − =' . Câu 6: Trong không khí, mt máy thu ng yên, mt ngun âm phát ra sóng âm có tn s f và chuyn ng li gn máy thu vi tc  v S . Kí hiu v là tc  truyn âm trong không khí. Máy thu s& ghi nhn c âm có tn s A. f vv v f S − =' . B. f vv v f S + =' . C. f vv v f S S + =' . D. f vv v f S S + =' . Câu 7: Trong không khí, mt máy thu ng yên, mt ngun âm phát ra sóng âm có tn s f và chuyn ng ra xa máy thu vi tc  v S . Kí hiu v là tc  truyn âm trong không khí. Máy thu s& ghi nhn c âm có tn s A. f vv v f S − =' . B. f vv v f S + =' . C. f vv v f S S + =' . D. f vv v f S S + =' . Câu 8: Mt xe cnh sát ng yên bên l mt on ng thng phát ra ting còi có tn s 1 056 Hz. Bn lái xe ca mình tin li gn xe cnh sát vi tc  54 km/h thì bn nghe thy ting còi có tn s bng bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 224 Hz. B. 888 Hz. C. 1 103 Hz. D. 1 009 Hz. Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 6 Câu 9: Mt xe cnh sát ng yên bên l mt on ng thng phát ra ting còi có tn s 1 320 Hz. Bn lái xe ca mình tin ra xa xe cnh sát vi tc  63 km/h thì bn nghe thy ting còi có tn s bng bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 565 Hz. B. 1 252 Hz. C. 1 075 Hz. D. 1388 Hz. Câu 10: Bn ang ng yên bên l mt on ng thng. Mt xe cu thng hú còi liên t$c  tn s 1 500 Hz và ang chy li gn bn vi tc  90 km/h thì bn s& nghe thy ting hú còi có tn s bng bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 619 Hz. B. 1 397 Hz. C. 1 186 Hz. D. 2 040 Hz. Câu 11: Bn ang ng yên bên l mt on ng thng. Mt xe cu thng hú còi liên t$c  tn s 1 500 Hz và ang chy trên on ng ó vi tc  108 km/h. Khi xe cu thng ã vt qua và ang dn xa bn thì bn s& nghe thy ting hú còi có tn s bng bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 645 Hz. B. 1 378 Hz. C. 1 138 Hz. D. 2 198 Hz. Câu 12: Mt cái còi phát sóng âm  tn s 1 000 Hz chuyn ng i ra xa mt ngi ng bên ng v phía mt vách á vi tc  15 m/s. Ly tc  âm trong không khí là 340 m/s. Tn s ca âm ngi ó nghe c khi âm phn x tr li t! vách á là A. 1 046 Hz. B. 958 Hz. C. 1 044 Hz. D. 956 Hz. Câu 13: Mt xe cu thng chy vi tc  90 km/h, hú còi liên t$c  tn s 1 500 Hz và vt qua mt ngi chy xe máy vi tc  36 km/h. Sau khi xe cu thng vt qua, ngi i xe máy nghe thy ting còi ca xe cu thng có tn s bng bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 438 Hz. B. 1 571 Hz. C. 1 111 Hz. D. 1 356 Hz. Câu 14: Mt xe công an chy vi tc  108 km/h, hú còi  tn s 1 000 Hz và ui theo mt tên cp ang chy xe máy vi tc  90 km/h trên mt con ng thng. Trong quá trình ó, tên cp s& nghe thy ting còi có tn s bng bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 851 Hz. B. 1 016 Hz. C. 986 Hz. D. 1 177 Hz. Câu 15: Mt xe công an ui theo mt tên cp ang chy xe máy trên on ng cao tc thng. Tc  ca xe công an bng tc  ca xe máy ca tên cp và bng 126 km/h. Do ui theo không k p nên xe công an hú còi liên t$c  tn s khong 1,2 kHz. H#i tên cp s& nghe thy ting còi ca xe công an vi tn s c bao nhiêu ? A. 976 Hz. B. 1 475 Hz. C. 551 Hz. D. 1 200 Hz. Câu 16: Mt con di bay vi tc  9,0 m/s và t! m(i ca nó phát ra sóng siêu âm có tn s f hng thng vào con bm êm bay vi tc  8,0 m/s theo chiu ngc l . Sóng siêu âm phn x t! con bm truyn ngc tr li con di. Con di iu ch)nh  thu sóng phn x vi tn s c 83 kHz là tn s mà con di nghe rõ nht. Tn s f ca sóng mà con di phát ra khong bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 75 kHz. B. 79 kHz. C. 81 kHz. D. 83 kHz. Câu 17: Mt ngi cnh sát ng  l ng ca mt on ng thng phát ra mt hi còi có tn s 800 Hz vào mt ô tô v!a vt qua trc m"t. Máy thu ca ngi cnh sát nhn c âm phn x có tn s 650 Hz. H#i ô tô chy vi tc  bao nhiêu ? Ly tc  truyn âm trong không khí c 340 m/s. A. 127 km/h. B. 35,2 km/h. C. 63,8 km/h. D. 152,4 km/h. Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 7 Câu 18: Mt bn A thi còi  tn s f và mt bn B nghe ting còi y. Nu bn B ng yên, bn A v!a thi còi v!a chy li gn bn A vi tc  v 0 thì bn B nghe thy ting còi có tn s f 1 . Còn nu bn A ng yên, bn B chy li gn bn A c(ng vi tc  v 0 thì bn B nghe thy ting còi có tn s f 2 . Kt lun nào sau ây là úng ? A. f 1 < f < f 2 . B. f < f 1 < f 2 . C. f < f 2 < f 1 . D. f 2 < f < f 1 . Câu 19: Bn ng  l mt on ng thng vào ban êm và quan sát mt chic taxi ang chy trên on ng ó. Bn s& thy ánh sáng èn pha ca taxi ngã dn dn v màu # khi xe ang chuyn ng A. li gn bn. B. nhanh dn. C. ra xa bn. D. chm dn. Câu 20: Bn Hi thi còi  tn s f và bn Dng nghe ting còi y. Nu Hi ng yên, Dng chy li gn Hi vi tc  v 0 thì Dng nghe thy ting còi có tn s f 1 . Còn nu Hi v!a thi còi v!a chy v phía Dng và Dng c(ng chy v phía Hi c(ng vi tc  v 0 thì Dng nghe thy ting còi có tn s f 2 . Kt lun nào sau ây là úng ? A. f 1 < f < f 2 . B. f < f 1 < f 2 . C. f < f 2 < f 1 . D. f 2 < f < f 1 . Câu 21: Mt cái còi C liên t$c phát ra âm có tn s f theo mi hng. Cho còi dao ng iu hoà chung quanh trung im O ca on thng MN. Mt ngi "t tai ng yên ti v trí D trên ng thng ni M vi N (hình v&). Khi còi C qua v trí nào thì âm mà còi phát ra truyn n tai ngi thì tai ngi nghe c âm ó vi tn s cao nht ? A. Còi  v trí gii hn (v trí biên) M. B. Còi  v trí gii hn (v trí biên) N. C. Còi qua v trí O theo chiu t! O n M. D. Còi qua v trí O theo chiu t! O n N. Câu 22: Trong không khí, mt cái còi C liên t$c phát ra âm có tn s f theo mi hng và quay u theo qu% o tròn tâm O bán kính r vi tc  góc . Kí hiu v là tc  truyn âm trong không khí. Mt ngi "t tai ng yên so vi O ti v trí D. Cho bit D thuc m"t phng qu% o tròn ca còi và D  cách O khong d rt ln so vi r. Tn s ln nht f max và tn s bé nht f min ca ting còi mà tai ngi này nghe c ln lt là A. f r v v f ω − ≈ max và f r v v f ω + ≈ min . B. f v rv f ω + ≈ max và f v rv f ω − ≈ min . C. f r v v f ω − ≈ max và f v rv f ω − ≈ min . D. f v rv f ω + ≈ max và f r v v f ω + ≈ min . M O N C D O C D 0 v  r d . Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 1 CH  V. HIU NG DOPPLE A. TÓM TT KIN THC C BN. Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 5 C. CÂU HI VÀ BÀI TP TRC NGHIM Câu 1: Hiu ng Dopple gây ra hin tng. ngun sóng li gn máy thu “Li gn tn s tng, ra xa tn s gim” Sóng c Ch  V. Hiu ng Dopple Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang