多普勒效應(yīng) 講義 高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊+

4/53.5多普勒效應(yīng)教材分析使用教材是人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書2019年版《物理》選擇性必修1，內(nèi)容選自第三章第五節(jié)。多普勒效應(yīng)是波的一種重要現(xiàn)象，在生活中具有廣泛的應(yīng)用。本節(jié)課通過對多普勒效應(yīng)的形成過程進(jìn)行分析，提高學(xué)生對機(jī)械波的認(rèn)識水平，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力與科學(xué)探究能力。學(xué)情分析教學(xué)主體——學(xué)生是普通高中二年級學(xué)生，此前已經(jīng)學(xué)習(xí)了聲音及機(jī)械波的相關(guān)知識，了解聲音的特性及其影響因素。學(xué)生具有一定的實(shí)驗(yàn)觀察能力及科學(xué)探究的能力，學(xué)習(xí)欲望較強(qiáng)，樂于將所學(xué)知識運(yùn)用于實(shí)際生活中。多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象在生活中很常見，但學(xué)生不能應(yīng)用物理知識進(jìn)行分析。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生感受并探究多普勒效應(yīng)現(xiàn)象，理解其產(chǎn)生原因，并了解其在生活中的應(yīng)用。教學(xué)課時1課時教學(xué)目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)了解多普勒效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因，知道多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象。2.理解多普勒效應(yīng)的實(shí)質(zhì)。3.知道所有的波都有多普勒效應(yīng)，認(rèn)識多普勒效應(yīng)在生活中的普遍性。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因。多普勒效應(yīng)中波源的頻率沒變，觀察者觀測到的頻率發(fā)生了變化。教學(xué)難點(diǎn)對多普勒效應(yīng)產(chǎn)生原因的理解。波源與觀察者發(fā)生相對運(yùn)動時，觀察者接收到的頻率變化的分析。教學(xué)準(zhǔn)備長竹竿、蜂鳴器、多媒體課件教學(xué)過程新課引入教師設(shè)問：仔細(xì)聽汽車、飛機(jī)由遠(yuǎn)而近的鳴笛聲，你會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生回答?？偨Y(jié)：靠近時，鳴笛聲越來越尖銳；遠(yuǎn)離時，鳴笛聲越來低沉。思考：這到底是怎么回事？1842年，奧地利物理學(xué)家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時就注意到了類似上面描述的現(xiàn)象。他經(jīng)過認(rèn)真的研究，發(fā)現(xiàn)波源與觀察者相互靠近或者相互遠(yuǎn)離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化。人們把這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)。講授新課一、多普勒效應(yīng)演示：蜂鳴器音調(diào)的變化將一個以電池為電源的蜂鳴器固定在長竹竿的一端，閉合開關(guān)后聽一聽它發(fā)出的聲音。請一位同學(xué)用竹竿把蜂鳴器舉起來并在頭頂快速轉(zhuǎn)動，在幾米之外聽它的聲音有什么變化。結(jié)果：蜂鳴器靠近觀察者時，音調(diào)變高（頻率變大）；蜂鳴器遠(yuǎn)離觀察者時，音調(diào)變低（頻率變?。D3.5-2多普勒效應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)乙圖3.5-2多普勒效應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)乙甲丙如果觀察者逆著隊(duì)伍行走，每分鐘與觀察者相遇的人數(shù)增加，也就是頻率增加（圖3.5-2乙）；反之，如果觀察者順著隊(duì)伍行走，頻率降低（圖3.5-2丙）。我們可以這樣理解聲波的多普勒效應(yīng)：波源和觀察者沒有相對運(yùn)動時：單位時間內(nèi)波源發(fā)出幾個完全波，觀察者在單位時間內(nèi)就接收到幾個完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。2、觀察者朝波源運(yùn)動時：觀察者在單位時間內(nèi)由A運(yùn)動到B，設(shè)單位時間內(nèi)波源發(fā)出20個完全波，觀察者接收到21個完全波，所以觀察者接受到的完全波個數(shù)增多，即接收到的頻率增大。3、觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動時：觀察者在單位時間內(nèi)由B運(yùn)動到A，設(shè)單位時間內(nèi)波源發(fā)出20個完全波，觀察者接收到19個完全波，所以觀察者接受到的完全波個數(shù)減少，即接收到的頻率減少。波源朝觀察者運(yùn)動時：觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到的頻率增大。波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動時：觀察者感到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。多普勒效應(yīng)實(shí)質(zhì)：當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小．圖3.5-3注意：多普勒效應(yīng)是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生了變化，而波源發(fā)出的波的頻率并沒有改變。圖3.5-3思考與討論固定在振動片上的金屬絲周期性觸動水面可以形成水波。當(dāng)振動片在水面上移動時拍得一幅如圖3.5-3所示的照片，顯示出此時波的圖樣。由照片是否可知，振動片正在向哪個方向移動？單位時間內(nèi)是水波槽左邊接收完全波個數(shù)多還是右邊接收完全波個數(shù)多？觀看動畫，得出答案;向左邊移動，左邊接收完全波個數(shù)多。圖3.5-4多普勒測速儀圖3.5-4多普勒測速儀儀多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。經(jīng)顱多普勒檢查1.測量汽車速度：交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器可以裝在公路上方（圖3.5-4），在測速的同時把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動打印在照片上。經(jīng)顱多普勒檢查利用多普勒測速儀，還可以測量水在海底的流速，為養(yǎng)殖場尋找適合貝類生長的場所。2.測血液流速(彩超)：醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收。測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。3.測星球速度：理論和實(shí)驗(yàn)都證明，光波或電磁波都有多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用。宇宙中的星球都在不停的運(yùn)動。測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，就可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。典題剖析例1(多選)下面說法中正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應(yīng)是波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時產(chǎn)生的D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的答案：BCD解析：當(dāng)波源與觀察者之間有相對運(yùn)動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項(xiàng)A錯誤，選項(xiàng)B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，選項(xiàng)D正確．例2．(多選)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)星體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)星體相對于地球的運(yùn)動速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，根據(jù)接收到反射的電磁波的頻率變化，就知道汽車的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)動情況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)去答案：ABD解析：凡是波都具有多普勒效應(yīng)，利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)星體相對于地球運(yùn)動的速度，A正確；B選項(xiàng)是利用多普勒效應(yīng)的計(jì)算公式求出運(yùn)動物體的速度，B正確；鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運(yùn)行情況，是利用聲音在固體中傳播得快的特點(diǎn)，C錯；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(yùn)動方向有關(guān)，D正確．例3．頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運(yùn)動．以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度(u<v)，f表示接收器接收到的頻率，若u增大，則()A．f增大，v增大 B．f增大，v不變C．f不變，v增大 D．f減小，v不變答案：B解析：本題考查對波速和多普勒效應(yīng)的理解，機(jī)械波在介質(zhì)中的速度由介質(zhì)決定，與波的頻率、波源的速度無關(guān)，因此不論u如何變化，v都不變，聲源向著接收器運(yùn)動，接收器單位時間接收到的完全波的個數(shù)增加，波源的速度越大，單位時間接收到的完全波的個數(shù)越多，因此u增大時，f增大，B正確．例4．分析下列物理現(xiàn)象：①“聞其聲而不見其人”；②學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音；③當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時，我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高．這些物理現(xiàn)象分別屬于波的()A．折射、干涉、多普勒效應(yīng)B．衍射、干涉、多普勒效應(yīng)C．折射、衍射、多普勒效應(yīng)D．衍射、多普勒效應(yīng)、干涉答案：B解析：“聞其聲而不見其人”是聲波的衍射現(xiàn)象；學(xué)生圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音是聲波的干涉現(xiàn)象；當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時，我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高是多普勒效應(yīng)，所以選項(xiàng)B正確．板書設(shè)計(jì)3.5多普勒效應(yīng)1.多普勒效應(yīng)：頻率由于觀察者與聲源之間的相對運(yùn)動，而產(chǎn)生