物理-高中二年級(jí)-多普勒效應(yīng)

1、教育資源分享一、教學(xué)目標(biāo) 知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別 知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象了解一些它的應(yīng)用 二、教學(xué)重點(diǎn)： 多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因 三、教學(xué)方法： 多媒體輔助教學(xué) 四、教    具： 計(jì)算機(jī)、大屏幕、多媒體教學(xué)課件 五、教學(xué)過(guò)程： （一）引入新課 我們?cè)谇懊娴挠懻撝?，波源和觀察者都是相對(duì)介質(zhì)靜止的，波源的頻率和觀察者感覺(jué)到的頻率是相同的，若波源或觀察者或它們兩者均相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，則觀察者感覺(jué)到的頻率和波源的真實(shí)頻率一般并不相同，這種現(xiàn)象稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。火車(chē)進(jìn)站，笛聲較高，火車(chē)出站，笛聲較低，就是這種現(xiàn)象。

2、 （二）進(jìn)行新課 【板書(shū)】第八節(jié)  多普勒效應(yīng) 一、多普勒效應(yīng)為了便于研究，我們可分三種情況來(lái)討論多普勒效應(yīng)。設(shè)波速為v，觀察者運(yùn)動(dòng)速度為v人，波源運(yùn)動(dòng)速度為v源，均以介質(zhì)為參考系。【板書(shū)】二、多普勒效應(yīng)成因 【板書(shū)】1、波源相對(duì)介質(zhì)靜止，即v源=0，觀察者以速度v人相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。 設(shè)速度v=100m/s，波源頻率f=100Hz，則周期T=0.01s，=Vt=1m。在波源、觀察者相對(duì)介質(zhì)靜止時(shí)，則在t=1s里有100個(gè)波傳到觀察者A位置（因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)），觀察者感覺(jué)到的頻率與波源頻率相同。當(dāng)波源不動(dòng)，觀察者以v人=10m/s的速度向波源運(yùn)動(dòng)，則在t=1s里，觀察者

3、從A到B位置（課本圖10-36），感受到的波的個(gè)數(shù)為：n=(v+v人)t=(100+10)×1=110個(gè)，這樣觀察者感受到的頻率（f=110Hz）就比波源的頻率(f=100Hz)要高。如果觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)，則在t=1s里，觀察者從A到C位置，感受到的波的個(gè)數(shù)為：n=(v-v人)t=(100-10)×1=90個(gè)，這樣觀察者感受到的頻率（f=90Hz）就比波源的頻率(f=100Hz)要低。同學(xué)們可以思考一下，如果觀察者遠(yuǎn)離波源的運(yùn)動(dòng)速度v人=100m/s或v人100m/s，那么觀察者感受到的頻率如何？他感覺(jué)到波源的位置有無(wú)變化？【板書(shū)】2、觀察者相對(duì)于介質(zhì)靜止，波源以速度v源

4、相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。 課本圖10-37所示，設(shè)觀察者在A位置不動(dòng)，波源以v源=10m/s的速度向觀察者運(yùn)動(dòng)，此時(shí)相對(duì)觀察者來(lái)說(shuō)波速為：v+v源=100+10=110m/s，因此觀察者在t=1s里感受到的波有110個(gè)，所以觀察者感受到的頻率（f=110Hz）就比波源的頻率(f=100Hz)要高。要注意的是，在波源運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，波速實(shí)際上并不改變，但在相同的距離中卻多了10個(gè)完整的波，這是波在介質(zhì)中被均勻擠壓，使波長(zhǎng)變短了的緣故，如圖10-26所示。同理，如果波源遠(yuǎn)離觀察者，則觀察者感受到的頻率就比波源的頻率要低。【板書(shū)】3、波源、觀察者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。 可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考討論，加深對(duì)多普勒效應(yīng)的理解

5、。當(dāng)波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果二者相互靠近，觀察者感覺(jué)到的頻率將增大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者感覺(jué)到的頻率將減小。 （三）課件演示，課堂小結(jié) 打開(kāi)計(jì)算機(jī)，演示“多普勒效應(yīng)”教學(xué)課件（通過(guò)課件演示，形象直觀地再現(xiàn)生活中的“多普勒效應(yīng)”現(xiàn)象，給學(xué)生再次留下清晰直觀的印象，從而收到良好的教學(xué)效果。） （四）課堂練習(xí) 觀察者站在鐵道旁，一輛以某一速度運(yùn)動(dòng)的火車(chē)向觀察者迎面駛來(lái)，同時(shí)發(fā)出汽笛聲，下面判斷正確的是：（  ） A觀察者感受到汽笛生的的頻率越來(lái)越大聲波的速度越來(lái)越大傳向觀察者的聲波的波長(zhǎng)變短傳向觀察者的聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)答案： （五）作業(yè) 復(fù)習(xí)教材內(nèi)容。 參考題： 1、關(guān)于多

6、普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是 （ ） A多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率是變化的多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)、當(dāng)火車(chē)進(jìn)站鳴笛時(shí)，我們可聽(tīng)到的聲調(diào)（）越來(lái)越高越來(lái)越低沉變高不知聲速和火車(chē)車(chē)速，不能判斷 教學(xué)建議 、本節(jié)主要以聲波為例介紹多普勒效應(yīng)它比較常見(jiàn)，易于為學(xué)生接受，而且只對(duì)多普勒效應(yīng)做定性的分析說(shuō)明，使學(xué)生對(duì)多普勒效應(yīng)有初步的了解，教學(xué)中要注意不宜引伸、多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，這比波動(dòng)現(xiàn)象又復(fù)雜了一些要理解多普勒效應(yīng)，學(xué)生必須先知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別，這是學(xué)習(xí)本節(jié)的關(guān)鍵課本

7、結(jié)合示意圖重點(diǎn)說(shuō)明了這一問(wèn)題教學(xué)中可結(jié)合學(xué)生實(shí)際進(jìn)行講解、本節(jié)有一“旁批”，用“極端假設(shè)”的方法，幫助學(xué)生想象觀察者遠(yuǎn)離波源時(shí)，接收到的頻率減小的道理，以理解多普勒效應(yīng)，教學(xué)中可引導(dǎo)學(xué)生思考、多普勒效應(yīng)在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用，除了課本中提到的，還可根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充介紹一些應(yīng)用實(shí)例，以開(kāi)闊眼界和引起興趣   參考文章： 高中物理（試驗(yàn)修訂本第二冊(cè)）中，增加了必學(xué)內(nèi)容多普勒效應(yīng)在日常生活和工程技術(shù)方面，多普勒效應(yīng)的應(yīng)用非常廣泛，如測(cè)定遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)情況，流體的流動(dòng)，潛艇的速度，還可應(yīng)用于報(bào)警，檢查車(chē)速，醫(yī)學(xué)診斷等筆者在此對(duì)聲波的多普勒效應(yīng)討論簡(jiǎn)介如

8、下： 一、什么是多普勒效應(yīng) 在日常生活中，我們有過(guò)這樣的經(jīng)驗(yàn)，在鐵路旁聽(tīng)行駛中火車(chē)的汽笛聲，當(dāng)火車(chē)?guó)Q笛而來(lái)時(shí)，人們會(huì)聽(tīng)到汽笛聲的音調(diào)變高相反，當(dāng)火車(chē)?guó)Q笛而去時(shí)，人們則聽(tīng)到汽笛聲的音調(diào)變低像這樣由于波源或觀察者相對(duì)于介質(zhì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所接收到的波頻率有所變化的現(xiàn)象就叫做多普勒效應(yīng)這種現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒（18031853）于1842年首先發(fā)現(xiàn)的，因此以他的名字命名 二、多普勒效應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn) 在上述火車(chē)?guó)Q笛的例子中，實(shí)際上火車(chē)?guó)Q笛的頻率并沒(méi)有改變，而是由于聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使人耳接收到聲音的頻率發(fā)生了變化，所以人耳聽(tīng)到汽笛的音調(diào)發(fā)生了變化為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們可以用水波代替聲

9、波（都是機(jī)械波），做如下演示實(shí)驗(yàn) 圖1 在盛有清水的大水槽中，以一端粘有直徑約為8的石蠟球的細(xì)彈簧作為彈簧單振子，使單振子與水面接觸，如圖1所示若使單振子沿豎直方向周期性地上下?lián)舸蛩?，這時(shí)，水面上就形成向四周傳播的周期性同心圓波若將振動(dòng)著的單振子在水面上向右平移、便可看到從振源中心到右槽壁間的波紋變密、波長(zhǎng)縮短，右壁接收?qǐng)A波的頻率變大，而振源中心到左槽壁的波紋變疏，波長(zhǎng)增大，左槽壁接收?qǐng)A波的頻率變小，波形如圖2所示（做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，水槽盡量大些，為減少反射波的影響，可用多層紗布條縫疊在一起，掛在水槽壁內(nèi)，以吸收傳到槽壁的圓波） 圖2 該實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于取材，制作簡(jiǎn)便，便于操作，直觀性強(qiáng)，可

10、信度高，具有較好的實(shí)驗(yàn)效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單振子（振源）本身的頻率并沒(méi)有改變，而是水槽壁（接收者）接收的水波的頻率發(fā)生了變化，這就與上述火車(chē)?guó)Q笛的情況相類(lèi)似了通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的演示，我們就不難理解波的多普勒效應(yīng)了 三、聲波多普勒效應(yīng)的理論分析 結(jié)合教材的闡述，我們還知道，當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果二者相互接近，觀察者接收到波的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到波的頻率減小對(duì)于這種變化關(guān)系，下面筆者由淺入深地分三種情況針對(duì)聲波做如下討論 首先，設(shè)聲源速度為，接收者速度為B，表示聲波在介質(zhì)中的傳播速度，當(dāng)聲源向接收者運(yùn)動(dòng)時(shí)，取正值，而背離接收者運(yùn)動(dòng)時(shí)，取負(fù)值；當(dāng)觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，B取正值，而背離

11、聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，B取負(fù)值，波速總?cè)≌?1聲源不動(dòng)，觀察者以速度B相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即S0、B0時(shí) 如觀察者向著聲源運(yùn)動(dòng)，則B0因觀察者以速度B迎向聲源運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于波以速度B通過(guò)接收者單位時(shí)間內(nèi)接收到的波數(shù)就是接收到的頻率，即 （B）（B）（）（B）1（B） 該式表明：當(dāng)觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率為聲源頻率的1（B）倍；當(dāng)觀察者背離聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，B0，則，即觀察者接收到的頻率小于聲源的振動(dòng)頻率讀者可自行分析當(dāng)B時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況? 2觀察者不動(dòng)，聲源以速度相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即0，0時(shí) 圖3 如聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)，這時(shí)0假定，因?yàn)槁曀賰H決定于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲源的運(yùn)動(dòng)與否無(wú)關(guān)所以在一個(gè)周期T內(nèi)聲源在S

12、點(diǎn)發(fā)出的振動(dòng)向前傳播的距離等于波長(zhǎng)如聲源不動(dòng)，則波形如圖3中實(shí)線所示；但若聲源運(yùn)動(dòng)，則在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)聲源在波的傳播方向上通過(guò)一段路程T而達(dá)到S點(diǎn)，結(jié)果整個(gè)波形如圖3中點(diǎn)S、B間的虛線所示由于聲源做勻速運(yùn)動(dòng)，所以，波形無(wú)畸彎只是波長(zhǎng)變小，其值為 （）（1）所以觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的波數(shù)為（） 該式表明：當(dāng)聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收的頻率是聲源頻率的（）倍如聲源背離觀察者運(yùn)動(dòng)，則0，所以有，即觀察者接收到的頻率比聲源頻率降低了現(xiàn)在我們就不難明白前述火車(chē)相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)音調(diào)變化的本質(zhì)原因了從以上所討論的兩種情況中，我們不難看出，無(wú)論是接收者相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)還是聲源相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，接收者接收到波的頻率的變化情況雖然一樣，但兩種變化的本質(zhì)機(jī)理卻不同前者是由相對(duì)波速的變化引起，而后者是由波長(zhǎng)的變化引起根據(jù)以上兩種情況的討論，我們可以很容易證明，當(dāng)觀察者和聲源同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即0、0時(shí)，觀察者接收到聲波的頻率為 （）（）（）（） 該式也可以說(shuō)是以上兩種討論的綜合，如果在和兩個(gè)量中有一個(gè)為零時(shí)，就可得出上面的、式分別所表示的兩種情況四、波的多普勒效應(yīng)的科學(xué)應(yīng)用多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程所具有的共同特性，不僅聲波（機(jī)械波）有多普勒效應(yīng)，光波也具有多普勒效應(yīng)，天體物理學(xué)家正是根據(jù)光波的多普勒效應(yīng)，通過(guò)對(duì)遙遠(yuǎn)星系發(fā)出來(lái)的光進(jìn)行光譜分析，發(fā)現(xiàn)了“紅移”現(xiàn)象，從而有力地證明了宇