แบบทดสอบ ฟิสิกส์ เรื่อง ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์

ในการศึกษาปรากฏการณ์ดอปเพลอร์โดยใช้ถาดคลื่น เมื่อนักเรียนจุ่มปลายดินสอที่ผิวน้ำด้วยจังหวะสม่ำเสมอพร้อมด้วยเคลื่อนปลายดินสอ ถ้าการทดลองของนักเรียนได้หน้าคลื่นดังรูป ข้อสรุปข้อใดต่อไปนี้เป็นข้อที่ถูกต้อง (Ent’ 44/2)
1. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางซ้ายด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของคลื่น
2. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางขวาด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วของคลื่น
3. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางซ้ายด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วของคลื่น
4. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางขวาด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของคลื่น
เด็กคนหนึ่งยืนอยู่ที่ชานชาลาได้ยินเสียงหวูดรถไฟมีความถี่ 273 เฮิรตซ์ จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้:
   ก.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 300 เฮิรตซ์ กำลังแล่นห่างออกไปจากเด็ก
   ข.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 300 เฮิรตซ์ กำลังแล่นเข้าหาเด็ก
   ค.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 250 เฮิรตซ์ กำลังแล่นห่างออกไปจากเด็ก
   ง.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 250 เฮิรตซ์ กำลังแล่นเข้าหาเด็ก

ข้อความที่เป็นไปได้คือ (Ent’ 39)
1. ก
2. ข
3. ก และ ง
4. ข และ ค
รถมอเตอร์ไซค์คันหนึ่งแล่นตามหลังรถยนต์คันหนึ่งไปบนถนนตรง ความเร็วของรถยนต์เป็นสองเท่าของมอเตอร์ไซค์ ถ้าคนขี่มอเตอร์ไซค์บีบแตรด้วยความถี่ 500 Hz (โควตา มช)
1. คนขับรถยนต์ได้ยินเสียงความถี่ต่่ากว่า 500 Hz แต่คนขี่มอเตอร์ไซค์ได้ยินเสียงความถี่ 500 Hz
2. คนขับรถยนต์ได้ยินเสียงความถี่สูงกว่า 500 Hz แต่คนขี่มอเตอร์ไซค์ได้ยินเสียงความถี่ 500 Hz
3. คนขับรถยนต์และคนขี่มอเตอร์ไซค์ ได้ยินเสียงความถี่เดียวกัน
4. คนขับรถยนต์ได้ยินเสียงความถี่สูงกว่าคนขี่มอเตอร์ไซค์ได้ยิน
รถยนต์คันหนึ่งวิ่งตรงเข้าหาโรงงานแห่งหนึ่งซึ่งกำลังเปิดหวูดเลิกงานด้วยความถี่ 500 รอบต่อวินาที ดังรูป ต่อมารถดังกล่าว วิ่งสวนทางกลับทางเดิมด้วยอัตราเร็วเท่าเดิม ถ้าอัตราเร็วของรถเป็น 120 เท่าของอัตราเร็วคลื่นเสียงในอากาศข้อใดถูกต้อง
1. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 20 เฮิรตซ์
2. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 10 เปอร์เซ็นต์
3. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 50 เฮิรตซ์
4. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 25 เปอร์เซ็นต์
เรือลำหนึ่งวิ่งด้วยความเร็ว 5 เมตรต่อวินาที ปล่อยเสียงความถี่ 2,000 รอบต่อวินาที ออกไปรอบตัวตลอดเวลา อยากทราบว่าคลื่นเสียงที่สะท้อนหน้าผากลับไปยังเรือจะมีความถี่เท่าไร ถ้าความเร็วเสียงในอากาศขณะนั้นมีค่า 340 เมตรต่อวินาที
1. 1942 Hz
2. 1971 Hz
3. 2000 Hz
4. 2030 Hz
เครื่องบินโดยสารซึ่งบินเร็วกว่าเสียง บินผ่านบริเวณที่มีชาย 2 คน คนหนึ่งอยู่บนยอดเขาสูง 300 m ชายอีกคนหนึ่งยืนบนที่ราบห่างจากเขา 400 m ถ้าปรากฏว่าทั้งสองได้ยินเสียงเครื่องบิน บินผ่านไปพร้อมกัน จงหาว่าความเร็วของเครื่องบินเป็นกี่เท่าของความเร็วเสียงในขณะนั้น
1. 5/4 เท่า
2. 5/3 เท่า
3. 4/3 เท่า
4. 2 เท่า
เครื่องบินลำหนึ่งบินด้วยความเร็วเหนือเสียง ขนาด 2 มัค ที่ระดับเพดานบิน 5,500 เมตร เป็นเวลากี่วินาที หลังจากที่เครื่องบินผ่านศีรษะของชายคนหนึ่ง ซึ่งยืนอยู่บนพื้นไปแล้ว จึงจะได้ยินเสียงเครื่องบินกำหนดให้ ความเร็วของเสียงในอากาศเป็น 340 เมตร/วินาที
1. 9 วินาที
2. 14 วินาที
3. 32 วินาที
4. 60 วินาที
ข้อความใดต่อไปนี้ถูกต้อง
1. คลื่นกระแทกเกิดขึ้นเมื่อต้นกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก แต่ไม่เกินความเร็วของเสียง
2. ความถี่ของเสียงที่ได้ยินเปลี่ยนไปจากเดิม เมื่อผู้ฟังเคลื่อนที่ออกจากต้นกำเนิดเสียง
3. การเกิดบีตส์ของเสียง เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสียงทั้งสองคลื่นมีความถี่ต่างกันมากกว่า 10 Hz
4. การเกิดคลื่นด้านหลังของเสาสะพานในน้ำตามชายทะเล หรือในทะเลสาบ แสดงปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของคลื่นคลื่นวิทยุ

ดูเฉลยคำตอบ

ในการศึกษาปรากฏการณ์ดอปเพลอร์โดยใช้ถาดคลื่น เมื่อนักเรียนจุ่มปลายดินสอที่ผิวน้ำด้วยจังหวะสม่ำเสมอพร้อมด้วยเคลื่อนปลายดินสอ ถ้าการทดลองของนักเรียนได้หน้าคลื่นดังรูป ข้อสรุปข้อใดต่อไปนี้เป็นข้อที่ถูกต้อง (Ent’ 44/2)
1. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางซ้ายด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของคลื่น
2. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางขวาด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วของคลื่น
3. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางซ้ายด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วของคลื่น
4. การทดลองมีการเคลื่อนปลายดินสอไปทางขวาด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของคลื่น
เด็กคนหนึ่งยืนอยู่ที่ชานชาลาได้ยินเสียงหวูดรถไฟมีความถี่ 273 เฮิรตซ์ จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้:
   ก.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 300 เฮิรตซ์ กำลังแล่นห่างออกไปจากเด็ก
   ข.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 300 เฮิรตซ์ กำลังแล่นเข้าหาเด็ก
   ค.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 250 เฮิรตซ์ กำลังแล่นห่างออกไปจากเด็ก
   ง.รถไฟเปิดหวูดความถี่ 250 เฮิรตซ์ กำลังแล่นเข้าหาเด็ก

ข้อความที่เป็นไปได้คือ (Ent’ 39)
1. ก
2. ข
3. ก และ ง
4. ข และ ค
แนวคิด
- เด็กคนนี้ได้ยินเสียงหวูดรถไฟมีความถี่ 273 เฮิรตซ์ แสดงว่า ถ้ารถไฟแล่นออกจากเด็กคนนี้ รถไฟจะต้องเปิดหวูดที่มีความถี่มากกว่า 273 เฮิรตซ์ หรือ ถ้ารถไฟแล่นเข้าหาเด็กคนนี้ รถไฟจะต้องเปิดหวูดที่มีความถี่น้อยกว่า 273 เฮิรตซ์
รถมอเตอร์ไซค์คันหนึ่งแล่นตามหลังรถยนต์คันหนึ่งไปบนถนนตรง ความเร็วของรถยนต์เป็นสองเท่าของมอเตอร์ไซค์ ถ้าคนขี่มอเตอร์ไซค์บีบแตรด้วยความถี่ 500 Hz (โควตา มช)
1. คนขับรถยนต์ได้ยินเสียงความถี่ต่่ากว่า 500 Hz แต่คนขี่มอเตอร์ไซค์ได้ยินเสียงความถี่ 500 Hz
2. คนขับรถยนต์ได้ยินเสียงความถี่สูงกว่า 500 Hz แต่คนขี่มอเตอร์ไซค์ได้ยินเสียงความถี่ 500 Hz
3. คนขับรถยนต์และคนขี่มอเตอร์ไซค์ ได้ยินเสียงความถี่เดียวกัน
4. คนขับรถยนต์ได้ยินเสียงความถี่สูงกว่าคนขี่มอเตอร์ไซค์ได้ยิน
รถยนต์คันหนึ่งวิ่งตรงเข้าหาโรงงานแห่งหนึ่งซึ่งกำลังเปิดหวูดเลิกงานด้วยความถี่ 500 รอบต่อวินาที ดังรูป ต่อมารถดังกล่าว วิ่งสวนทางกลับทางเดิมด้วยอัตราเร็วเท่าเดิม ถ้าอัตราเร็วของรถเป็น 120 เท่าของอัตราเร็วคลื่นเสียงในอากาศข้อใดถูกต้อง
1. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 20 เฮิรตซ์
2. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 10 เปอร์เซ็นต์
3. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 50 เฮิรตซ์
4. คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 25 เปอร์เซ็นต์
แนวคิด
- เมื่อรถวิ่งเข้าหาโรงงาน
- $\begin{align*} \quad f_1 &= f \bigg(\frac{v \pm v_0}{v \pm v_s}\bigg) \\[6pt] &= 500 \bigg(\frac{340 + 340(\frac{1}{20}) }{340 \ – 0}\bigg) \\[6pt] &= 525 \;\; Hz \end{align*}$
- เมื่อรถวิ่งออกจากโรงงาน
- $\begin{align*} \quad f_1 &= f \bigg(\frac{v \pm v_0}{v \pm v_s}\bigg) \\[6pt] &= 500 \bigg(\frac{340 \ – 17}{340}\bigg) \\[6pt] &= 475 \;\; Hz \end{align*}$
- คนในรถได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่างกัน 50 เฮิรตซ์
เรือลำหนึ่งวิ่งด้วยความเร็ว 5 เมตรต่อวินาที ปล่อยเสียงความถี่ 2,000 รอบต่อวินาที ออกไปรอบตัวตลอดเวลา อยากทราบว่าคลื่นเสียงที่สะท้อนหน้าผากลับไปยังเรือจะมีความถี่เท่าไร ถ้าความเร็วเสียงในอากาศขณะนั้นมีค่า 340 เมตรต่อวินาที
1. 1942 Hz
2. 1971 Hz
3. 2000 Hz
4. 2030 Hz
แนวคิด
- ให้ $f_1$ เป็นความถี่เสียงที่ปล่อยไปกระทบหน้าผา
- $\begin{align*} \quad f_1 &= f \bigg(\frac{v}{v + v_s}\bigg) \end{align*}$
- ให้ $f_2$ เป็นความถี่เสียงที่เรือได้จากหน้าผา
- $\begin{align*} \quad f_2 &= f_1 \bigg(\frac{v \ – v_s}{v}\bigg) \end{align*}$
- เราจะได้
- $\begin{align*} \quad f_2 &= f \bigg(\frac{v}{v + v_s}\bigg) \cdot f_1 \bigg(\frac{v \ – v_s}{v}\bigg) \\[6pt] &= f \bigg(\frac{v \ – v_s}{v + v_s}\bigg) \\[6pt] &= 2000 \bigg(\frac{340 \ – 5}{340 + 5}\bigg) \;\; \\[6pt] & \approx 1942.03 \;\; Hz \\[6pt] \end{align*}$
เครื่องบินโดยสารซึ่งบินเร็วกว่าเสียง บินผ่านบริเวณที่มีชาย 2 คน คนหนึ่งอยู่บนยอดเขาสูง 300 m ชายอีกคนหนึ่งยืนบนที่ราบห่างจากเขา 400 m ถ้าปรากฏว่าทั้งสองได้ยินเสียงเครื่องบิน บินผ่านไปพร้อมกัน จงหาว่าความเร็วของเครื่องบินเป็นกี่เท่าของความเร็วเสียงในขณะนั้น
1. 5/4 เท่า
2. 5/3 เท่า
3. 4/3 เท่า
4. 2 เท่า
แนวคิด
- การที่คนบนยอดเขาและที่พื้นราบได้ยินเสียงเครื่องบินพร้อมกัน แสดงว่ากำแพงเสียงของคลื่นเสียงเคลื่อนมาปะทะทั้งสองคนพร้อมๆกัน
- $\begin{align*} \quad \sin \theta &= \frac{300}{500} = \frac{3}{5} \end{align*}$
- และจากสูตร มุมมัค
- $\begin{align*} \quad \sin \ \theta &= \frac{v}{v_s} \\[6pt] \frac{3}{5} &= \frac{v}{v_s} \\[6pt] v_s &= \frac{5}{3}v \end{align*}$
- เครื่องบินจะบินเร็วกว่าเสียง $\frac{5}{3}$ เท่า
เครื่องบินลำหนึ่งบินด้วยความเร็วเหนือเสียง ขนาด 2 มัค ที่ระดับเพดานบิน 5,500 เมตร เป็นเวลากี่วินาที หลังจากที่เครื่องบินผ่านศีรษะของชายคนหนึ่ง ซึ่งยืนอยู่บนพื้นไปแล้ว จึงจะได้ยินเสียงเครื่องบินกำหนดให้ ความเร็วของเสียงในอากาศเป็น 340 เมตร/วินาที
1. 9 วินาที
2. 14 วินาที
3. 32 วินาที
4. 60 วินาที
แนวคิด
- ความเร็วเครื่องบิน
- $\begin{align*} \quad v_s &= 2(v) \\[6pt] &= 2(340) \\[6pt] &= 680 \;\; m/s \end{align*}$
- จากสูตร มุมมัค
- $\begin{align*} \quad \sin \ \theta &= \frac{v}{v_s} = \frac{340}{680} = \frac{1}{2} \\[6pt] \theta &= 30^{\circ} \end{align*}$
- ให้ d คือ ระยะที่เครื่องบินผ่านศีรษะ จะได้
- $\begin{align*} \quad \tan \ \theta &= \frac{5500}{d} \\[6pt] \tan \ 30^{\circ} &= \frac{5500}{d} \\[6pt] d &= \frac{5500}{\tan \ 30^{\circ}} \\[6pt] d &= \frac{5500}{\frac{1}{\sqrt{3}}} \\[6pt] &= 5500 \sqrt{3} \;\; m \\[6pt] \end{align*}$
- เวลาที่เครื่องบินผ่านศีรษะไปแล้ว
- $\begin{align*} \quad t &= \frac{s}{v} = \frac{d}{v_s} \\[6pt] &= \frac{5500 \sqrt{3}}{680} \\[6pt] &= \frac{5500(1.7)}{680} \\[6pt] &= 13.75 \;\; s \\[6pt] \end{align*}$
ข้อความใดต่อไปนี้ถูกต้อง
1. คลื่นกระแทกเกิดขึ้นเมื่อต้นกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก แต่ไม่เกินความเร็วของเสียง
2. ความถี่ของเสียงที่ได้ยินเปลี่ยนไปจากเดิม เมื่อผู้ฟังเคลื่อนที่ออกจากต้นกำเนิดเสียง
3. การเกิดบีตส์ของเสียง เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสียงทั้งสองคลื่นมีความถี่ต่างกันมากกว่า 10 Hz
4. การเกิดคลื่นด้านหลังของเสาสะพานในน้ำตามชายทะเล หรือในทะเลสาบ แสดงปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของคลื่นคลื่นวิทยุ

Related Posts

Leave a Reply