127多普勒效應教案

10．7 多普勒效應一、教學目標１知道波源的頻率與觀看者接收到的頻率的區(qū)分．解一些它的應用．二、教學重點：多普勒效應產生的緣由三、教學方法：多媒體關心教學四、教 具：計算機、大屏幕、多媒體教學課件五、教學過程：〔一〕引入課我們在前面的爭論中，波源和觀看者都是相對介質靜止的，波源的頻率和觀看者感覺到的頻率是一樣的，假設波源或觀看者或它們兩者均相對介質運動，則觀看者感覺到的頻率和波源的真實頻率一般并不一樣，這種現象稱為多普勒效應。火車進站，笛聲較高，火車出站，笛聲較低，就是這種現象?！捕尺M展課【板書】第八節(jié)多普勒效應一、多普勒效應為了便于爭論，我們可分三種狀況來爭論多普勒效應。設波速為v，觀看者運動速度為v，波源運動速度為v，均以介質為參考系。人 源【板書】二、多普勒效應成因【板書】1、波源相對介質靜止，即v =0，觀看者以速度v 相對介質運動。源 人v=100m/sf=100HzT=0.01s，λ=Vt=1m。在波源、觀看者相對t=1s100個波傳到觀看者A位置〔由于在一個周期內波向前傳播一個波長，觀看者感覺到的頻率與波源頻率一樣。當波源不動，觀看者以v人=10m/st=1sAB位置〔課本圖v×0個，這樣觀看者感受到的頻率〔f’=110Hz〕就比波源的頻率(f=100Hz)要高。假設觀看者遠離波源運動，則在t=1sAC位置，感受到的波的個數為：n=(v-v人)t=(100-10)×1=90個，這樣觀看者感受到的頻率〔f’=90Hz〕就比波源的頻率(f=100Hz)要低。同學們可以思考一下假設觀看者遠離波源的運動速度v =100m/s或v 人 人觀看者感受到的頻率如何？他感覺到波源的位置有無變化？【板書】2、觀看者相對于介質靜止，波源以速度v 相對介質運動。源課本圖10-37所示，設觀看者在A位置不動，波源以v =10m/s的速度向觀看者運動，此源時相對觀看者來說波速為：v+v =100+10=110m/s，因此觀看者在t=1s里感受到的波有110個，源所以觀看者感受到的頻率〔f’=110Hz〕就比波源的頻率(f=100Hz)要高。要留意的是，在波源運動的過程中，波速實際上并不轉變，但在一樣的距離中卻多了10個完整的波，這是波在介質中被均勻擠壓，使波長變短了的原因，如圖10-26所示。同理，假設波源遠離觀看者，則觀看者感受到的頻率就比波源的頻率要低。【板書】3、波源、觀看者同時相對介質運動?？梢龑W生進展思考爭論，加深對多普勒效應的理解。當波源與觀看者相對運動時，假設二者相互靠近，觀看者感覺到的頻率將增大；假設二者相互遠離，觀看者感覺到的頻率將減小?！踩痴n件演示，課堂小結翻開計算機，演示“多普勒效應”教學課件〔通過課件演示，形象直觀地再現生活中的“多普勒效應”現象，給學生再次留下清楚直觀的印象，從而收到良好的教學效果〕〔四〕課堂練習觀看者站在鐵道旁，一輛以某一速度運動的火車向觀看者迎面駛來，同時發(fā)出汽笛聲，〔〕A．觀看者感受到汽笛生的的頻率越來越大 Ｂ．聲波的速度越來越大Ｃ．傳向觀看者的聲波的波長變短 Ｄ．傳向觀看者的聲波的波長變長答案：Ｃ〔五〕作業(yè):復習教材內容。參考題：1、關于多普勒效應，以下說法正確的選項是〔〕A．多普勒效應是由于波的干預引起的 Ｂ．多普勒效應說明波源的頻率是變化的Ｃ．多普勒效應是由于波源與觀看者之間的相對運動產生的 Ｄ．只有聲波才可以產生多普勒效應２、當火車進站鳴笛時，我們可聽到的聲調 〔〕Ａ．越來越高Ｂ．越來越消沉 Ｃ．變高 Ｄ．不知聲速和火車車速，不能推斷教學建議:１、本節(jié)主要以聲波為例介紹多普勒效應．它比較常見，易于為學生承受，而且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，教學中要留意不宜引伸．２、多普勒效應是在波源與觀看者之間有相對運動時產生的現象，這比波動現象又簡單了一些．要理解多普勒效應，學生必需先知道波源的頻率與觀看者接收到的頻率的區(qū)分，這是學習本節(jié)的關鍵．課本結合示意圖重點說明白這一問題．教學中可結合學生實際進展講解．３、本節(jié)有一“旁批”，用“極端假設”的方法，幫助學生想象觀看者遠離波源時，接收到的頻率減小的道理，以理解多普勒效應，教學中可引導學生思考．４、多普勒效應在現代生產和生活中有廣泛的應用，除了課本中提到的，還可依據實際狀況補充介紹一些應用實例，以開闊眼界和引起興趣參考文章：高中《物理》〔其次冊〕中，增加了必學內容——多普勒效應．在日常生活和工程技術方面，多普勒效應的應用格外廣泛，如測定遙遠天體相對地球的運動速度，人造地球衛(wèi)星的運動狀況，流體的流淌，潛艇的速度，還可應用于報警，檢查車速，醫(yī)學診斷等．筆者在此對聲波的多普勒效應爭論簡介如下：一、什么是多普勒效應在日常生活中，我們有過這樣的閱歷，在鐵路旁聽行駛中火車的汽笛聲，當火車鳴笛而來時，人們會聽到汽笛聲的音調變高．相反，當火車鳴笛而去時，人們則聽到汽笛聲的音調變低．像這樣由于波源或觀看者相對于介質有相對運動時，觀看者所接收到的波頻率有所變化的現象就叫做多普勒效應．這種現象是奧地利物理學家多普勒〔1803～1853〕于1842年首先覺察的，因此以他的名字命名．二、多普勒效應的演示試驗在上述火車鳴笛的例子中，實際上火車鳴笛的頻率并沒有轉變，而是由于聲源和觀看者之間有相對運動，使人耳接收到聲音的頻率發(fā)生了變化，所以人耳聽到汽笛的音調發(fā)生了變化．為了說明這個問題，我們可以用水波代替聲波〔都是機械波〕，做如下演示試驗．18ｍｍ的石蠟球的細彈簧作為彈簧單振子，使單振子與水面接觸，如圖1所示．假設使單振子沿豎直方向周期性地上下擊打水面，這時，水面上就形成向四周傳播的周期性同心圓波．假設將振動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浪變密、波長縮短，右壁接收圓波的頻率變大，而振源中心到左槽壁的波浪變疏，波長增大，左槽壁接收圓波的頻率變小，波形如圖2所示〔做該試驗時，水槽盡量大些，為削減反射波的影響，可用多層紗布條縫疊在一起，掛在水槽壁內，以吸取傳到槽壁的圓波〕．2該試驗儀器構造簡潔，易于取材，制作簡便，便于操作，直觀性強，可信度高，具有較好的試驗效果．試驗結果說明，單振子〔振源〕本身的頻率并沒有轉變，而是水槽壁〔接收者〕接收的水波的頻率發(fā)生了變化，這就與上述火車鳴笛的狀況相類似了．通過該試驗的演示，我們就不難理解波的多普勒效應了．三、聲波多普勒效應的理論分析結合教材的闡述，我們還知道，當波源與觀看者有相對運動時，假設二者相互接近，觀察者接收到波的頻率增大；假設二者遠離，觀看者接收到波的頻率減?。畬τ谶@種變化關系，下面筆者由淺入深地分三種狀況針對聲波做如下爭論．首先，設聲源速度為ｖ，接收者速度為ｖ，ｖ表示聲波在介質中的傳播速度，當聲源向* B接收者運動時，ｖ取正值，而背離接收者運動時，ｖ

取負值；當觀看者向聲源運動時，ｖＳ取正值，而背離聲源運動時，ｖB

* B取負值，波速ｖ總取正值．聲源不動，觀看者以速度ｖBｖ＝0、ｖ≠0S B如觀看者向著聲源運動，則ｖ＞0．因觀看者以速度ｖB迎向聲源運動，相當于波以速度Bｖ＋ｖ通過接收者．單位時間內接收到的波數就是接收到的頻率，即Bν′＝〔ｖ＋ｖ〕／λ＝〔ｖ＋ｖ／〔ｖＴ〕＝［〔ｖ＋ｖ〕／ｖ］ν＝［1＋〔ｖB B〕 B B／ｖ〕］ν． ①該式說明：當觀看者向聲源運動時，接收到的頻率ν′為聲源頻率的［1＋〔ｖ／ｖ〕］B倍；當觀看者背離聲源運動時，ｖ＜0，則ν′＜ν，即觀看者接收到的頻率ν′小于聲源B的振動頻率ν．讀者可自行分析當ｖ＝－ｖ時，會發(fā)生什么狀況?B觀看者不動，聲源以速度ｖ相對于介質運動，即ｖ＝0，ｖ

≠0* Ｂ Ｓ3ｖ＞0．假定ｖ＜ｖ，由于聲速僅打算于介質的性質，* ＳT內聲源在S點發(fā)出的振動向前傳播的距離等于波長λ．3中實線所示；但假設聲源運動，則在一個周期的時間內聲源在波的傳播方向上通過一段路程ｖＳT而到達S′3S′、B′的虛線所示．由于聲源做勻速運動，所以，波形無畸彎．只是波長變小，其值為λ′＝ ＝λ－ｖＴ＝ｖＴ－ｖＴ＝〔ｖ－ｖ

／ν．* Ｓ Ｓ所以觀看者在單位時間內接收到的波數為ν′＝ｖ／λ′＝[ｖ／〔ｖ－ｖ〕]ν． ②Ｓｖ／〔ｖ－ｖ〕Ｓ倍．如聲源背離觀看者運動，則ｖ＜0，所以有ν′＜ν，即觀看者接收到的頻率比聲源頻Ｓ率降低了．現在我們就不難明白前述火車相對觀看者運動時音調變化的本質緣由了．從以上所爭論的兩種狀況中，我們不難看出，無論是接收者相對介質運動還是聲源相者是由相對波速的變化引起，而后者是由波長的變化引起．依據以上兩種狀況的爭論，我們可以很簡潔證明，當觀看者和聲源同時相對介質運動，即ｖ≠0、ｖ≠0時，觀看者接收到Ｂ Ｓ聲波的頻率為ν′〔ｖ＋ｖ／〔ｖ－ｖ／ν]〔ｖ＋ｖ

ν． ③Ｂ Ｓ Ｂ Ｓ該式也可以說是以上兩種爭論的綜合，假設在ｖ和ｖ兩個量中有一個為零時，就可* Ｂ得出上面的①、②式分別所表示的兩種狀況．四、波的多普勒效應的科學應用多普勒效應是波動過程所具有的共同特性，不僅聲波〔機械波〕有多普勒效應，光波也具有多普勒效應，天體物理學家正是依據光波的多普勒效應，通過對遙遠星系發(fā)出來的光進展光譜分析，覺察了“紅移”現象，從而有