高中物理第十二章機(jī)械波5多普勒效應(yīng)互動(dòng)課堂學(xué)案選修3-4解析

1、5 多普勒效應(yīng)互動(dòng)課堂疏導(dǎo)引導(dǎo)1. 多普勒效應(yīng)及其成因(1多普勒效應(yīng)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象 . 實(shí)質(zhì):波源的 頻率沒有變化,而觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化 .(2相對(duì)運(yùn)動(dòng)與接收頻率的關(guān)系波源與觀察者相對(duì)靜止:觀察者接收到的頻率等于波源的頻率 .波源與觀察者相互接近:觀察者接收到的頻率增大 .波源與觀察者相互遠(yuǎn)離:觀察者接收到的頻率減小 .(3多普勒效應(yīng)的成因如圖 12-7-1A 所示,波源和觀察者都不動(dòng),設(shè)波源頻率為 20 Hz,則波源每秒發(fā)出 20個(gè) 完全波,所以每秒經(jīng)過觀察者 20個(gè)完全波,這時(shí)觀察者接收到的頻率等于波源的頻率 . 如圖 12-7-1

2、B 所示,波源不動(dòng),觀察者向波源運(yùn)動(dòng),人耳在 1 s內(nèi)由位置 A 移到位置 B , 雖然波源每秒仍發(fā)出 20個(gè)完全波, 但觀察者每秒?yún)s接收到 21個(gè)完全波, 即二者相互接近時(shí), 觀察者接收到的頻率大于波源的頻率, 反之, 觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng), 觀察者接收到的頻率小 于波源的頻率. 圖 12-7-1如圖 12-7-1C 所示,波源向右運(yùn)動(dòng),觀察者不動(dòng),波源由 S 1運(yùn)動(dòng)到 S 2,波源右方的波面 變得密集, 因波速不變, 波長(zhǎng)變短, 右方觀察者接收到的頻率大于波源的頻率;左方的波面 變得稀疏,波長(zhǎng)變長(zhǎng),左方觀察者接收到的頻率小于波源的頻率 .2. 如何計(jì)算波源頻率和觀察者接收到的頻率v1表示波源

3、對(duì)介質(zhì)的速度, v 表示波的傳播速度, f 與 f分別表示波源頻率和觀察者 接收到的頻率 .(1若觀察者 R 靜止,波源 S 以速度 v 1向觀察者靠近,波速 v 與波源的運(yùn)動(dòng)無關(guān),而波源 S 每發(fā)出一個(gè)完全波就向 R 移近了 v 1T, 故對(duì) R 來說, 波長(zhǎng)縮短了 v 1T , 即 =-v 1T=f v f v 1 f v v 1-,觀察者接收(感覺到的頻率為 f v v v v f 1-=; 當(dāng)波源 S 以速度 v 1遠(yuǎn)離觀察 者時(shí), f v v v f 1+=. (2若波源 S 不動(dòng),觀察者 R 以速度 v 2向 S 運(yùn)動(dòng),經(jīng)時(shí)間 t 向 S 運(yùn)動(dòng)了 v 2t 的距離,同時(shí) 波背離波源

4、 S 傳播了 vt , 觀察者 R 感覺到的頻率 (即通過它的波的個(gè)數(shù) 為 =+=t t v vt f 2f vv fv v v 1(22+=+;觀察者以速度 v 2遠(yuǎn)離波源 S 時(shí), . 1(2f v v f -= 注意:有關(guān)多普勒問題的計(jì)算較難,學(xué)習(xí)中應(yīng)側(cè)重于現(xiàn)象分析 .活學(xué)巧用1. 如圖 12-7-2表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源 O 做勻速運(yùn)動(dòng)的情況,圖中的圓表示波峰. 圖 12-7-2(1該圖表示的是( (2波源正在移向( (3觀察到波的頻率是低的點(diǎn)是( 思路解析:(1 圖示波源左方的波面密集, 右方的波面稀疏,可知該圖表示的是多普勒效應(yīng) 中波源運(yùn)動(dòng)的情況 . 選項(xiàng) D 正確 .(2由于波源左

5、方的波長(zhǎng)被壓縮,右方的波長(zhǎng)被拉長(zhǎng),可知波源正在移向 A 點(diǎn),選項(xiàng) A 正 確 .(3由于波源遠(yuǎn)離 B 點(diǎn),所以在 B 點(diǎn)觀察到波的頻率最低,選項(xiàng) B 正確 .答案:(1 D (2 A (3 B2. 警車上的警笛,每隔 0.5 s響一次,一個(gè)人坐在以 60 km/h的速度向警車行駛的汽車上, 求此人在 5 min內(nèi)聽到聲音的次數(shù)是多少?(聲音在空氣中的傳播速度為 320 m/s思路解析:響聲在空氣中的間隔類似于一個(gè)波長(zhǎng)為 =3200.5 m=160 m 的波,人與聲音的相 對(duì) 速 度 v=320 m/s+s m s m /31010/350=, 由 Hz Hz v f 4803. 一個(gè)觀察者在鐵路旁,當(dāng)火車迎面駛來時(shí),他聽到的汽笛聲頻率為 f 1=440 Hz;當(dāng)火車駛 過他身旁后,他聽到的汽笛聲的頻率 f 2=392 Hz.若大氣中聲速約為 330 m/s,求火車的速度 和火車汽笛發(fā)聲的頻率 f 0.思路解析:設(shè)火車的速度為 V ,聲速為 v.當(dāng)火車靠近時(shí),聲波的波長(zhǎng)被壓縮為 =vT-VT=0f V v -, 觀察者聽到的頻率 V v vf v f -=01即 Vf -=33