1多普勒效應(yīng)學(xué)案

第十二章機(jī)械振動(dòng)§多普勒效應(yīng)學(xué)案一．學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別．2．知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是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。3．了解多普勒效應(yīng)的一些應(yīng)用．二．重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別，多普勒效應(yīng)的定義及產(chǎn)生條件；2.難點(diǎn)：波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別，多普勒效應(yīng)成因。三．學(xué)法指導(dǎo)本節(jié)課通過實(shí)驗(yàn)、多媒體課件演示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，和從物理現(xiàn)象入手，通過理論演繹和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究物理問題的方法。通過對(duì)物理問題的分析論證培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的習(xí)慣和分析問題的能力。讓學(xué)生體會(huì)到物理源于生活又服務(wù)于生活。首先把本節(jié)課的內(nèi)容認(rèn)真的看一遍。看好以后可以查閱一下資料，最后完成本學(xué)案。四．自主學(xué)習(xí)1.由于___________之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到___________發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率___________，如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率___________.2.波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源___________，觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)___________.3.鐵路工人可以通過火車的汽笛聲判斷火車的運(yùn)行方向和快慢，如果汽笛聲變得尖細(xì)，則火車___________（填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）工人；如果汽笛聲頻率變化加快，說明火車在___________（填“加速”或“減速”）.五．典型例題例1下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)()A.利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度B.交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來時(shí)，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就可知汽車的速度，以便于交通管理C.鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動(dòng)情況D.有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去解析：凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度，A選項(xiàng)正確.被反射的電磁波，相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)可求出運(yùn)動(dòng)物體的速度，B選項(xiàng)正確.鐵路工人根據(jù)振動(dòng)的強(qiáng)弱而對(duì)列車的運(yùn)動(dòng)作出判斷，C選項(xiàng)錯(cuò)誤.炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，D選項(xiàng)正確.答案：ABD誤區(qū)警示鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動(dòng)情況，這是根據(jù)火車與鐵軌發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)的強(qiáng)弱而對(duì)列車的運(yùn)動(dòng)作出判斷，因?yàn)檫@時(shí)觀察者并不是根據(jù)聲音的頻率變化來判斷的，所以不是利用多普勒效應(yīng).例2如圖所示，實(shí)線表示波峰，S為波源，設(shè)波源頻率為20Hz，且不運(yùn)動(dòng)，而觀察者在1s內(nèi)由B運(yùn)動(dòng)到A，觀察者接收到多少個(gè)完全波？設(shè)波速為340m/s，若要讓觀察者完全接收不到波，那么，他的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該是多少？解析：(1)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)，即接收到的頻率.如果觀察者不運(yùn)動(dòng)，在1s內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)應(yīng)當(dāng)是20個(gè)，然而當(dāng)觀察者從B運(yùn)動(dòng)到A的過程中，所能接收到的完全波的個(gè)數(shù)正好比不運(yùn)動(dòng)時(shí)少1個(gè)，即他只能接收到19個(gè)完全波.(2)要想讓觀察者完全接收不到波，他必須遠(yuǎn)離波并隨同所在的波峰一起運(yùn)動(dòng)，即觀察者的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該是340m/s.答案：19340m/s例3一警車上的警報(bào)器發(fā)射頻率f=1000Hz的聲波，警車遠(yuǎn)離靜止的觀察者向一懸崖行駛，車速v=10m/s，已知聲音在空氣中的傳播速度為v聲=330m/s，試問：（1）觀察者直接從警報(bào)器聽到的聲音頻率是多大？（2）觀察者聽到從懸崖反射的聲音頻率是多大？解析：首先應(yīng)分清楚三個(gè)速度，即波的傳播速度、波源的速度、觀察者的速度，當(dāng)波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于波長變長；觀察者聽到從懸崖反射回的聲音，相當(dāng)于有一聲源以速度v靠近觀察者，此時(shí)波長變短.答案：（1）當(dāng)警車遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，其波長增大vT，則單位時(shí)間通過觀察者的完全波的個(gè)數(shù)，即觀察者聽到的聲音頻率為f′=f=×1000Hz=Hz.（2）觀察者聽到從懸崖反射的聲音，等效于有一波源以速度v靠近靜止的觀察者所發(fā)聲音，此時(shí)波長減小vT，所以觀察者聽到從懸崖反射的聲音頻率為f″=f=×1000Hz=1031Hz.誤區(qū)警示此題的易錯(cuò)點(diǎn)是：認(rèn)為從懸崖反射回來的聲波和正常情況一樣不發(fā)生多普勒效應(yīng)，或者認(rèn)為人聽到的聲波頻率和警車遠(yuǎn)離時(shí)人聽到的聲波頻率相同.六、課堂練習(xí)一、選擇題1．關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象B.發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同C.在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域，各質(zhì)點(diǎn)都處于波峰D.在振動(dòng)減弱的區(qū)域，各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷2.關(guān)于波的干涉和衍射，下列說法中正確的是：（）波長和小孔的線度差不多時(shí)，發(fā)生衍射現(xiàn)象兩列波的波谷和波谷相遇處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是減弱的振動(dòng)加強(qiáng)處的質(zhì)點(diǎn)一直處在振幅位置D．波在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象3．兩列相干波在空間相遇產(chǎn)生相互疊加的過程中，關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，下列說法正確的是（）在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的位移較大在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的位移不一定比減弱區(qū)域的位移大振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的位移隨時(shí)間變化D、振動(dòng)減弱區(qū)域的振幅較小4．如圖所示，S1、S2是兩個(gè)相干波源，它們振動(dòng)同步且波長、振幅相同。實(shí)線和虛線分別表示在某一時(shí)刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標(biāo)的a、b、c、d四點(diǎn)（a在s1、s2的中垂線上），下列說法中正確的有（）A.該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，b質(zhì)點(diǎn)在波峰，c質(zhì)點(diǎn)在波谷，d質(zhì)點(diǎn)既不在波峰也不在波谷B.a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是最弱的，b、c質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是最強(qiáng)的d質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)既不最強(qiáng)也不最弱C.a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是最弱的，b、c、d質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是最強(qiáng)的D.再過T/4后的時(shí)刻a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將處于各自的平衡位置，因此振動(dòng)最弱5．兩列波互相疊加，發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。下列判斷正確的是（）A．如果兩列波在某一區(qū)域引起的振動(dòng)互相加強(qiáng)，過了一段時(shí)間，該區(qū)域的振動(dòng)可能互相減弱；B.不管兩列波的振動(dòng)情況怎樣，凡是距離兩波源的路程差等于波長整數(shù)倍的地方，振動(dòng)總是互相加強(qiáng)的C.某時(shí)刻處于振動(dòng)加強(qiáng)處的質(zhì)點(diǎn)的位移可能比振動(dòng)減弱處的質(zhì)點(diǎn)的位移小D．這兩列波的頻率一定相等ＣＢｐ②·①6．一個(gè)波源在繩的左端發(fā)出半個(gè)波①，頻率為f1，振幅為A1，同時(shí)另一個(gè)波源在右端發(fā)出半個(gè)波②，頻率為f2，振幅為A2，pＣＢｐ②·①第6題圖兩列波一定同時(shí)到達(dá)ｐ點(diǎn)兩列波相遇時(shí)，ｐ點(diǎn)波峰可達(dá)Ａ１＋Ａ２Ｃ．兩列波相遇時(shí)，繩上的波峰可達(dá)Ａ１＋Ａ２的點(diǎn)只有一個(gè)，此點(diǎn)在ｐ點(diǎn)左端Ｄ．兩列波相遇后，各自仍保持原來的波形獨(dú)立傳播7．從一條弦線的兩端，各發(fā)生一如圖甲所示的橫脈沖，它們均沿弦線傳播，速度相等，傳播方向相反，在它們傳播的過程中，可能出現(xiàn)的脈沖波形是圖乙中的（）圖甲圖甲第7題圖圖乙圖乙二.填空題8．“聞其聲不見其人”是聲音的________現(xiàn)象；天空有時(shí)雷聲不絕，這是聲音的_________現(xiàn)象；在移動(dòng)振動(dòng)的音叉位置時(shí)，有時(shí)突然聽不到聲音，這是聲音的_______現(xiàn)象。9．如圖中s1和s2是兩個(gè)相干波源,以s1和s2為圓心的兩組同心圓弧分別表示在同一時(shí)刻兩列波的波峰和波谷,實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c三點(diǎn)中,振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是,振動(dòng)減弱的點(diǎn)是,再過周期,振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是,振動(dòng)減弱的點(diǎn)是.10．波速為V＝100m/s,波源的頻率f＝100HZ，可算得:波的周期T＝___s,波長λ＝___m.（1）波源相對(duì)于介質(zhì)靜止,觀察者相對(duì)于介質(zhì)靜止在時(shí)間t＝1s里有____個(gè)波傳到觀察者所在處,觀察者接收到的頻率與波源的頻率____(填相等、大于、小于),音調(diào)____（填不變、變高、變低）.（2）觀察者相對(duì)于介質(zhì)靜止,波源以速度V源＝10m/s相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng),波源向觀察者運(yùn)動(dòng).則對(duì)觀察者來說感覺到的波速為____m/s,他在1秒鐘內(nèi)接收到的完全波數(shù)為____個(gè),所以觀察者感受到的頻率為f'＝_____Hz,比波源的頻率f＝100Hz要___(填高、低),因而音調(diào)變_____（填不變、變高、變低）.三、計(jì)算解答題APBOMQ??11．如圖，在直線PQ垂線OM上A、B兩個(gè)聲源，A、B分別距O點(diǎn)6m和1m，兩個(gè)聲源同時(shí)不斷向外發(fā)出波長都為2mAPBOMQ??第11題圖參考答案選擇題：填空題:8.衍射，反射，干涉9.加強(qiáng)：bc減弱a，仍是bc,a.10.(1)100個(gè)，相等，不變（2）110m/s,110個(gè)，110HZ，高，變高計(jì)算解答題11．如