2023學年完整公開課版多普勒效應

·課件編輯說明·高中物理選擇性必修第一冊RJ5多普勒效應1.通過實驗了解多普勒效應及其產(chǎn)生的原因,知道多普勒效應是波特有的現(xiàn)象.2.知道多普勒效應的簡單應用.本節(jié)主要以聲波為例介紹多普勒效應.聲波的多普勒效應比較常見,但是學生對相關概念比較陌生,也缺少對此類現(xiàn)象的關注.教材以救護車鳴笛聲調的變化為情境,引導學生關注生活現(xiàn)象,用物理眼光審視生活現(xiàn)象.觀察者與波源之間發(fā)生相對運動時會產(chǎn)生多普勒效應.要理解多普勒效應,應主要關注以下幾個方面:一方面是相對運動與運動的區(qū)別,另一方面是音調與音量的區(qū)別.教材只對多普勒效應做定性的分析說明,使學生對多普勒效應有初步的了解,教學中不宜做過多的定量推導.多普勒效應在生活中普遍存在,隨著科學技術的發(fā)展,它的應用日益廣泛,應結合實際給學生多做介紹,拓展學生的視野,認識到科學、技術、社會和環(huán)境之間存在的相互聯(lián)系.新課程標準學業(yè)質量水平

1.理解什么是多普勒效應

2.了解多普勒效應的應用

1.通過實驗,認識多普勒效應

2.能解釋多普勒效應產(chǎn)生的原因

3.能列舉多普勒效應的應用實例學習任務一:對多普勒效應的理解[教材鏈接]

閱讀教材第74~75頁,填寫多普勒效應的相關知識(1)多普勒效應①音調:音調由

決定,

高則音調高,

低則音調低.

②多普勒效應:波源與觀察者相互靠近或者相互遠離時,接收到的波的

都會發(fā)生變化的現(xiàn)象.

頻率頻率頻率學習任務一:對多普勒效應的理解(2)多普勒效應產(chǎn)生的原因①當波源與觀察者相對靜止時,1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是

的,觀測到的頻率

波源振動的頻率.

②當波源與觀察者相互接近時,1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目

,觀測到的頻率

;反之,當波源與觀察者相互遠離時,觀測到的頻率

.

一定等于增加增加變小例1新型列車動車組速度可達487.3km/h,與該車汽笛聲的音調相比:(1)站在車運動前方路旁的觀察者聽起來音調

(選填“偏高”或“偏低”).站在車運動后方路旁的觀察者聽起來音調

(選填“偏高”或“偏低”).

偏高[解析]站在車運動前方的觀察者與列車在靠近,因此聽起來音調偏高;站在車運動后方的觀察者與列車在遠離,因此聽起來音調偏低.學習任務一:對多普勒效應的理解偏低(2)迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調怎樣?此時列車汽笛聲的音調變化了嗎?[答案]偏高

不變[解析]迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調偏高;此時列車汽笛聲的音調不變.學習任務一:對多普勒效應的理解(3)坐在新型列車動車組上的乘客聽起來音調怎樣?[答案]

不變[解析]坐在新型列車動車組上的乘客與該列車的相對位置不變,故聽起來音調不變.學習任務一:對多普勒效應的理解變式

如圖3-5-1所示的三張圖片分別反映了飛機以三種不同速度在空中(不考慮空氣的流動)水平飛行時產(chǎn)生聲波的情況,圖中一系列圓表示聲波的傳播情況,A點表示飛機的位置.已知聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,則由圖可知(

)A.甲圖中的飛機速度最大,乙圖中的飛機速度大于340m/sB.乙圖中的飛機速度最大,丙圖中的飛機速度小于340m/sC.丙圖中的飛機速度最大,乙圖中的飛機速度等于340m/sD.不能判斷哪個圖中的飛機速度最大,也不能比較各圖中的飛機速度與聲速的大小C學習任務一:對多普勒效應的理解圖3-5-1[解析]

甲圖中飛機運動到A點時,聲波已經(jīng)傳播到前面了,乙圖中飛機運動與聲音同步,丙圖中飛機運動到A點時,聲波還在后面,所以丙圖中的飛機速度最大,甲圖中的飛機速度最小,乙圖中的飛機速度與聲波在空氣中傳播的速度相等,為340m/s,選項A、B、D錯誤,選項C正確.學習任務一:對多普勒效應的理解圖3-5-1相對位置圖示結論

波源S和觀察者A相對靜止,如圖所示

f觀察者=f波源,音調不變多普勒效應產(chǎn)生的原因分析(1)相對位置變化與頻率的關系學習任務一:對多普勒效應的理解

波源S不動,觀察者運動,由A→B或A→C,如圖所示

若靠近波源,由A→B,則f觀察者>f波源,音調變高;若遠離波源,由A→C,則f觀察者<f波源,音調變低

觀察者A不動,波源運動,由S→S',如圖所示

f觀察者>f波源,音調變高學習任務一:對多普勒效應的理解學習任務一:對多普勒效應的理解(2)成因歸納根據(jù)以上分析可知,發(fā)生多普勒效應時,一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對運動,且兩者間距發(fā)生變化.[物理觀念]

在日常生活中,有經(jīng)驗的鐵路工人可以根據(jù)火車的汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢.同時,多普勒效應在科學技術中有著廣泛的應用.(1)多普勒測速儀.測速儀向行進中的汽車發(fā)射已知頻率的超聲波,超聲波被運動的汽車反射回來時,測速儀接收到的頻率發(fā)生變化,由此可知汽車的速度.(2)在醫(yī)學方面,多普勒超聲診斷儀可以測出血液的流動速度,從而診斷出病情.(3)電磁波的多普勒效應為跟蹤目標物(如導彈、云層等)提供了一種簡單的方法,在軍事、航天、氣象預報等領域有廣泛的應用(如根據(jù)多普勒效應可算出其他星球靠近或遠離地球運動的速率).學習任務二:多普勒效應的應用例2

公路巡警開車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查,在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的超聲波,結果該超聲波被那輛轎車反射回來時,巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低.(1)此現(xiàn)象屬于

(填選項前的字母).

A.波的衍射 B.波的干涉C.多普勒效應 D.波的反射[解析]巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低,此現(xiàn)象為多普勒效應,選項C正確.學習任務二:多普勒效應的應用C(2)若該路段限速為100km/h,則該轎車是否超速?學習任務二:多普勒效應的應用[答案]超速[解析]因巡警車接收到的頻率比發(fā)出的低,由多普勒效應知巡警車與轎車在相互遠離,而巡警車車速恒定且在后面,可判斷轎車車速比巡警車車速大,故該轎車超速.(3)若該轎車以20m/s的速度行進,反射回的頻率應怎樣變化?學習任務二:多普勒效應的應用[答案]變高[解析]若該轎車以20m/s的速度行進,此時巡警車與轎車在相互靠近,由多普勒效應知反射回的頻率應變高.變式(多選)下列事例中利用了多普勒效應的是 (

)A.利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度B.交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波,波被運動的汽車反射回來,根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化就知道汽車的速度,以便于進行交通管理C.鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D.有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去學習任務二:多普勒效應的應用ABD[解析]

凡是波都具有多普勒效應,因此利用光波的多普勒效應便可測定遙遠天體相對于地球運動的速度,故A符合題意;被反射的電磁波相當于一個運動的物體發(fā)出的電磁波,其頻率發(fā)生變化,由多普勒效應的計算公式可以求出運動物體的速度,故B符合題意;鐵路工人是根據(jù)振動的強弱而對列車的運動情況做出判斷的,故C不符合題意;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運動方向有關,故D符合題意.學習任務二:多普勒效應的應用1.(多選)一雷達向飛機發(fā)出微波,若飛機正遠離雷達,則被飛機反射回來的微波與發(fā)出的微波相比 (

)A.波速變小 B.波速不變C.頻率減小 D.頻率增大BC[解析]

微波在空氣里的傳播速度不變,A錯誤,B正確;在遠離的過程中,由多普勒效應知,頻率在減小,故C正確,D錯誤.2.(多選)下列關于多普勒效應的說法中正確的是 (

)A.只要波源在運動,就一定能觀察到多普勒效應B.如果聲源靜止,就觀察不到多普勒效應C.當聲源靠近觀察者運動時,聲源的頻率不變D.當聲源遠離觀察者運動時,觀察者接收到的頻率減小CD[解析]

波源運動時,波源與觀察者距離不一定變化,不一定發(fā)生多普勒效應,A錯誤;聲源靜止時,若觀察者向聲源運動,就能發(fā)生多普勒效應,B錯誤;聲源朝著觀察者運動時,聲源頻率不變,觀察者接收到的頻率增大,反之,觀察者接收到的頻率減小,C、D正確.3.(多選)如圖所示,男同學站立不動吹口哨,一位女同學坐在秋千上來回擺動.關于女同學的感受,下列說法正確的是 (

)A.女同學從A向B運動過程中,她感覺口哨聲音調變高B.女同學從E向D運動過程中,她感覺口哨聲音調變高C.女同學在C點向右運動時,她感覺口哨聲音調不變D.女同學在C點向左運動時,她感覺口哨聲音調變低AD[解析]

女同學在向男同學方向運動過程中,她單位時間內(nèi)接收到的完整波的個數(shù)增多,故感覺到音調變高;反之,在遠離男同學運動過程中,她單位時間內(nèi)接收到的完整波的個數(shù)減少,故感覺到音調變低,選項A、D正確.4.如圖所示為由波源S發(fā)出的波某一時刻在介質平面中的情形,實線為波峰,虛線為波谷,設波源頻率為20Hz,且不運動,而觀察者在1s內(nèi)由A運動到B,觀察者接收到多少個完整波?設波速為340m/s,則要讓觀察者完全接收不到波,他每秒要運動多少米?[答案]19個

340m[解析]

觀察者在單位時間內(nèi)接收到完整波的個數(shù)就等于觀察者接收到的頻率.如果觀察者不動,則1s內(nèi)觀察者接收的完整波的個數(shù)應為20個,然而當觀察者從A運動到B的過程中,所能接收到的完整波的個數(shù)正好比不運動時少1個,即他只接收到19個完整波.要想讓觀察者完全接收不到波,他必須隨同所在的波峰一起運動并遠離波源.由x=vt得x=340×1m=340m,即觀察者每秒要遠離波源340m.1.(多普勒效應的應用)下列事例中利用了多普勒效應的是 (

)A.利用“聲波”來探測海水深度B.利用“共鳴箱”來使聲音增強C.將耳朵貼近鐵軌聽聲音來判斷是否有火車即將駛來D.通過炮彈飛行的尖叫聲來判斷炮彈是靠近還是遠離D2.(對多普勒效應的理解)(多選)根據(jù)多普勒效應,下列說法正確的是(

)A.當波源與觀察者有相對運動時,觀察者接收到的頻率一定發(fā)生變化B.當波源與觀察者同向運動時,觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低C.當波源與觀察者相向運動時,觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高D.當波源與觀察者反向運動時,觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低CD3.(多普勒效應的原理)(多選)火車上有一個聲源發(fā)出頻率一定的音樂.當火車靜止,觀察者也靜止時,觀察者聽到并記住了這個音樂的音調.以下情況中,