多普勒效應 講義 高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊+

4/53.5多普勒效應教材分析使用教材是人民教育出版社普通高中課程標準實驗教科書2019年版《物理》選擇性必修1，內(nèi)容選自第三章第五節(jié)。多普勒效應是波的一種重要現(xiàn)象，在生活中具有廣泛的應用。本節(jié)課通過對多普勒效應的形成過程進行分析，提高學生對機械波的認識水平，培養(yǎng)學生的分析能力與科學探究能力。學情分析教學主體——學生是普通高中二年級學生，此前已經(jīng)學習了聲音及機械波的相關知識，了解聲音的特性及其影響因素。學生具有一定的實驗觀察能力及科學探究的能力，學習欲望較強，樂于將所學知識運用于實際生活中。多普勒效應的現(xiàn)象在生活中很常見，但學生不能應用物理知識進行分析。通過本節(jié)課的學習，使學生感受并探究多普勒效應現(xiàn)象，理解其產(chǎn)生原因，并了解其在生活中的應用。教學課時1課時教學目標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.理解多普勒效應的實質。3.知道所有的波都有多普勒效應，認識多普勒效應在生活中的普遍性。教學重難點教學重點多普勒效應產(chǎn)生的原因。多普勒效應中波源的頻率沒變，觀察者觀測到的頻率發(fā)生了變化。教學難點對多普勒效應產(chǎn)生原因的理解。波源與觀察者發(fā)生相對運動時，觀察者接收到的頻率變化的分析。教學準備長竹竿、蜂鳴器、多媒體課件教學過程新課引入教師設問：仔細聽汽車、飛機由遠而近的鳴笛聲，你會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？學生回答?？偨Y：靠近時，鳴笛聲越來越尖銳；遠離時，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)過認真的研究，發(fā)現(xiàn)波源與觀察者相互靠近或者相互遠離時，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。講授新課一、多普勒效應演示：蜂鳴器音調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，閉合開關后聽一聽它發(fā)出的聲音。請一位同學用竹竿把蜂鳴器舉起來并在頭頂快速轉動，在幾米之外聽它的聲音有什么變化。結果：蜂鳴器靠近觀察者時，音調變高（頻率變大）；蜂鳴器遠離觀察者時，音調變低（頻率變?。?。圖3.5-2多普勒效應的模擬實驗乙圖3.5-2多普勒效應的模擬實驗乙甲丙如果觀察者逆著隊伍行走，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：波源和觀察者沒有相對運動時：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、觀察者朝波源運動時：觀察者在單位時間內(nèi)由A運動到B，設單位時間內(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、觀察者遠離波源運動時：觀察者在單位時間內(nèi)由B運動到A，設單位時間內(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。波源遠離觀察者運動時：觀察者感到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。多普勒效應實質：當波源與觀察者有相對運動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠離，觀察者接收到的頻率減小．圖3.5-3注意：多普勒效應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在科學技術中有廣泛的應用。經(jīng)顱多普勒檢查1.測量汽車速度：交通警察向行進中的車輛發(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：理論和實驗都證明，光波或電磁波都有多普勒效應，多普勒效應在科學技術中也有著廣泛的應用。宇宙中的星球都在不停的運動。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)生多普勒效應時，波源的頻率變化了B．發(fā)生多普勒效應時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C．多普勒效應是波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的D．多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的答案：BCD解析：當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應，選項C正確；發(fā)生多普勒效應時，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A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，選項D正確．例2．(多選)下面哪些應用是利用了多普勒效應()A．利用地球上接收到遙遠星體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠星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，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答案：ABD解析：凡是波都具有多普勒效應，利用光波的多普勒效應便可以測定遙遠星體相對于地球運動的速度，A正確；B選項是利用多普勒效應的計算公式求出運動物體的速度，B正確；鐵路工人把耳朵貼在鐵軌上可判斷火車的運行情況，是利用聲音在固體中傳播得快的特點，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動方向有關，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的理解，機械波在介質中的速度由介質決定，與波的頻率、波源的速度無關，因此不論u如何變化，v都不變，聲源向著接收器運動，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學生圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音；③當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B．衍射、干涉、多普勒效應C．折射、衍射、多普勒效應D．衍射、多普勒效應、干涉答案：B解析：“聞其聲而不見其人”是聲波的衍射現(xiàn)象；學生圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音是聲波的干涉現(xiàn)象；當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變高是多普勒效應，所以選項B正確．板書設計3.5多普勒效應1.多普勒效應：頻率由于觀察者與聲源之間的相對運動，而產(chǎn)生