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例題精講 · 第 00449 題 · f′=f₀v/(v−vₛ)、f″=f₀(v+vₒ)/v 與拍頻兩解

用自編示意聲源與觀察者速度分別計算靠近時的接收頻率,比較兩者同時運動與頻移直接相加的差,再由拍頻反推未知頻率的兩個解。

00449題號全 1000 篇 · 第 第75輪 / 第75冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

聲源動改分母、觀察者動改分子,這是兩套不同的物理機制,所以兩者同時發生時的頻移不等於分別頻移之和。

自編示意參數(非真實測量):f₀=1000 Hz、聲速 v=340 m/s、聲源向觀察者靠近 vₛ=30.0 m/s、觀察者向聲源靠近 vₒ=20.0 m/s;另有兩音 f₁=440 Hz、f₂=443 Hz。

二、逐題精講

題1

題1 分別求:(1) 僅聲源靠近時的接收頻率與頻移;(2) 僅觀察者靠近時的接收頻率與頻移;(3) 兩者同時靠近的接收頻率,並與兩頻移之和比較。

解析

(1) f′ = f₀·v/(v−vₛ) = 1000×340/(340−30.0) = 340000/310 = 1096.77 Hz;頻移 96.77 Hz。

(2) f″ = f₀·(v+vₒ)/v = 1000×360/340 = 1058.82 Hz;頻移 58.82 Hz。

(3) 同時:f‴ = f₀·(v+vₒ)/(v−vₛ) = 1000×360/310 = 1161.29 Hz;頻移 161.29 Hz。

兩頻移之和 = 96.77+58.82 = 155.60 Hz,與之相差 5.69 Hz。原因是聲源項在分母,二者是乘法合成而非加法:f‴/f₀ = [(v+vₒ)/v]·[v/(v−vₛ)] = 1.16129,而 1+(96.77+58.82)/f₀ = 1.155598,兩式不等。

答案 f′=1096.77 Hz(+96.77)、f″=1058.82 Hz(+58.82)、f‴=1161.29 Hz(+161.29);比頻移之和大 5.69 Hz

採分點 聲源式與 f′ 3 分;觀察者式與 f″ 3 分;同時式與 f‴ 2 分;差 5.69 Hz 與乘法合理解釋 2 分

易錯點 把兩種運動都寫進分子或都寫進分母;把頻移直接相加;忽略 v−vₛ 必須為正(vₛ<v)

題2

題2 (1) 兩音 440 Hz 與 443 Hz 同時發聲,求拍頻與拍週期;(2) 若已知一音 440 Hz、拍頻 4 Hz,求另一音的所有可能值。

解析

(1) 拍頻 = |f₂−f₁| = |443−440| = 3 Hz;拍週期 T = 1/3 = 0.3333 s。回代 3×0.3333 = 1.0000 ≈ 1 ✓。

(2) |f−440| = 4 ⇒ f = 440+4 = 444 Hz 或 f = 440−4 = 436 Hz,共 2 解。僅憑拍頻不能定高低,須再給一個方向信息(如「另一音更高」)才能唯一化。

回代:|444−440| = 4 = 4 ✓;|436−440| = 4 = 4 ✓。兩解與 3 Hz 那組互不依賴,各自閉合。

答案 拍頻 3 Hz、拍週期 0.3333 s;另一音為 444 Hz 或 436 Hz

採分點 拍頻 3 Hz 2 分;拍週期 2 分;兩解各 2 分;絕對值回代與唯一化條件 2 分

易錯點 把拍頻寫成 (f₁+f₂)/2;只給一個解;忽略拍頻是絕對值導致兩解

三、規律小結與對照表

情形公式本題值口徑
聲源靠近f₀v/(v−vₛ)1096.77 Hz改分母
觀察者靠近f₀(v+vₒ)/v1058.82 Hz改分子
同時f₀(v+vₒ)/(v−vₛ)1161.29 Hz乘法合成
拍頻|f₂−f₁|3 Hz兩解反推

小結:1096.77、1058.82、1161.29 Hz 三者分母/分子各異,頻移之和 155.60 Hz 比同時值少 5.69 Hz;拍頻 3 Hz 與反推兩解 444/436 Hz 各自回代閉合。頻率與速度均為自編示意。

四、自測清單

  • 能寫出聲源運動與觀察者運動的不同公式
  • 能計算三種情形的接收頻率
  • 能說明頻移不可線性相加並給出乘法解釋
  • 能由兩音求拍頻與拍週期
  • 能由拍頻反推未知頻率的兩個解
  • 能說明需方向信息才能唯一化

五、數值回代明細

按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):聲源靠近頻率 = 1096.774194;觀察者靠近頻率 = 1058.823529;同時靠近頻率 = 1161.290323;兩頻移之和 = 155.597723;同時值與和之差 = 5.6926;拍頻 = 3;拍週期 = 0.333333;反推解一 = 444;反推解二 = 436。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理「多普勒效應與拍頻:三種頻移不可簡單相加」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00443《電磁阻尼與渦流:振幅衰減係數與落磁時間回代》 與 example-00455《自感與互感:順接反接等效電感與斷開高壓》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):恆定電流、熱學、光學、聲學與測量誤差、數據處理相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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