魯科版選修34 2.4 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 學(xué)案.docx

4多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用知識(shí)內(nèi)容多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用考試要求必考加試b課時(shí)要求1.了解多普勒效應(yīng)現(xiàn)象及其簡單應(yīng)用；初步理解多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原因.2.了解波面、波線的概念，知道惠更斯原理；理解球面波與平面波的傳播特點(diǎn).3會(huì)用惠更斯原理解釋波的反射、折射，分析簡單的問題.一、多普勒效應(yīng)導(dǎo)學(xué)探究警車鳴笛從你身邊飛速駛過，對(duì)于警車向你靠近和警車遠(yuǎn)離的過程，你會(huì)聽到警笛的聲音在變化思考下列問題：(1)你聽到警笛的音調(diào)有何不同？(2)實(shí)際上警笛的音調(diào)會(huì)變化嗎？(3)聽到音調(diào)發(fā)生變化的原因是什么？答案(1)警車駛來時(shí)，音調(diào)變高；警車遠(yuǎn)離時(shí)音調(diào)變低(2)實(shí)際上警笛的音調(diào)不會(huì)變化(3)警車與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小，因此會(huì)感覺警笛音調(diào)變化知識(shí)梳理對(duì)多普勒效應(yīng)的理解1多普勒效應(yīng)：波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象2多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因：(1)當(dāng)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，1 s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察者觀察到的頻率等于波源振動(dòng)的頻率(2)當(dāng)波源與觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，1 s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加；反之，當(dāng)波源與觀察者互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察到的頻率變小即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)只要波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就一定能觀察到多普勒效應(yīng)()(2)當(dāng)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率可能增大，也可能減小()(3)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率沒有發(fā)生變化()(4)只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)()二、惠更斯原理導(dǎo)學(xué)探究把一顆石子投到平靜的池塘里，會(huì)激起一圈圈起伏不平的水面波向周圍傳播，向四面八方傳播的波峰(波谷)是否會(huì)組成一個(gè)個(gè)圓？與這些圓垂直的線能否表示波的傳播方向？答案因?yàn)樗ㄓ刹ㄔ聪蛩闹軅鏖_，向各個(gè)方向的波速都一樣，所以向四面八方傳播的波峰(波谷)會(huì)組成一個(gè)個(gè)圓與這些圓垂直的線能表示波的傳播方向知識(shí)梳理對(duì)惠更斯原理的理解(1)波面：在波的傳播過程中，任一時(shí)刻介質(zhì)中任何振動(dòng)狀態(tài)相同的點(diǎn)組成的面叫做波面(2)波線：波線是指與波面垂直的那些線，它代表了波的傳播方向，如圖1所示圖1(3)惠更斯原理介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻，這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面即學(xué)即用 判斷下列說法的正誤(1)在波的傳播過程中，介質(zhì)中所有參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都可以看做是新的波源()(2)子波是為了解釋波動(dòng)現(xiàn)象而假想出來的波()(3)同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同()(4)無論怎樣的波，波線始終和波面垂直()三、波的反射和折射導(dǎo)學(xué)探究(1)對(duì)著山崖或高墻說話時(shí)，能聽到回聲；夏日的雷聲在云層間轟鳴不絕，你知道這是怎么回事嗎？(2)如圖2所示為兩波的示意圖，波由介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)頻率變化嗎？波長變化嗎？圖2答案(1)這兩種現(xiàn)象都是由于聲波的反射造成的(2)頻率由波源確定，故頻率不變化，波速由介質(zhì)決定，故波速變化，由知波長變化了 知識(shí)梳理對(duì)波的反射和折射的理解1波的反射(1)波的反射：波傳播過程中遇到介質(zhì)界面會(huì)返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象(2)反射波的波長、波速、頻率跟入射波的相同(3)波的反射定律：反射波線、入射波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波線和入射波線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角2波的折射(1)波的折射：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象(2)波的折射中，波的頻率不變，波速和波長發(fā)生改變(3)在波的折射現(xiàn)象中，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于波在第一種介質(zhì)中的傳播速度跟波在第二種介質(zhì)中的傳播速度之比即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上要么發(fā)生反射，要么發(fā)生折射，二者不會(huì)同時(shí)發(fā)生()(2)波發(fā)生反射時(shí)頻率、波長、波速均不變()(3)波發(fā)生折射時(shí)波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化()(4)波的折射和反射現(xiàn)象都可以用惠更斯原理解釋()一、多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因分析：(1)相對(duì)位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)：相對(duì)位置圖示結(jié)論波源s和觀察者a相對(duì)靜止，如圖所示f觀察者f波源音調(diào)不變波源s不動(dòng)，觀察者a運(yùn)動(dòng)，由ab或ac，如圖所示若靠近波源，由ab，則f觀察者f波源，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由ac，則f觀察者f波源音調(diào)變高(2)成因歸納：根據(jù)以上分析可以知道，發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)例1(多選)關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法中正確的是()a發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率發(fā)生了變化b發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化c多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的d只有聲波才能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)答案bc針對(duì)訓(xùn)練(多選)(2016湖州市高二下學(xué)期期中)火車上有一個(gè)聲源發(fā)出頻率一定的音樂當(dāng)火車靜止，觀察者也靜止時(shí)，觀察者聽到并記住了這個(gè)音樂的音調(diào)以下情況中，觀察者聽到這個(gè)音樂的音調(diào)比原來降低的是()a觀察者靜止，火車向他駛來b火車靜止，觀察者乘汽車向著火車運(yùn)動(dòng)c觀察者靜止，火車離他遠(yuǎn)去d火車靜止，觀察者乘汽車遠(yuǎn)離火車運(yùn)動(dòng)答案cd解析根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源和觀察者間距離變小，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高當(dāng)波源和觀察者間距離變大，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低觀察者聽到這個(gè)音樂的音調(diào)比原來降低，即接收到的聲波頻率降低，說明觀察者和火車之間的距離在變大所以a、b錯(cuò)誤，c、d正確多普勒效應(yīng)的判斷方法1確定研究對(duì)象(波源與觀察者)2確定波源與觀察者是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，否則不發(fā)生3判斷：當(dāng)兩者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變二、惠更斯原理1惠更斯原理的實(shí)質(zhì)：波面上的每一點(diǎn)(面元)都是一個(gè)次級(jí)球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級(jí)波的波速和頻率，此后每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時(shí)刻總的波動(dòng)的波面其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動(dòng)狀態(tài)是由各處的波動(dòng)決定的2惠更斯原理的局限性波的直線傳播、反射、折射等都能用此來進(jìn)行較好的解釋但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波顯然是不存在的例2(多選)對(duì)惠更斯原理的理解，下列說法正確的是()a同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同b同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同c球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面d無論怎樣的波，波線始終和波面垂直答案acd解析按照惠更斯原理：波面是由任意時(shí)刻振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，故a對(duì)，b錯(cuò)由波面和波線的概念，不難判定c、d正確三、波的反射和折射及應(yīng)用波的反射和折射問題中的規(guī)律：(1)頻率是由振源決定的，介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是受迫振動(dòng)，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的(2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時(shí)是在同一介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時(shí)是在不同介質(zhì)中傳播，因此波速改變(3)波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式可知波長不改變；在波的折射中，當(dāng)進(jìn)入新的介質(zhì)中波速增大時(shí)，由可知波長變大；反之變小例3圖3中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()圖3a2與1的波長、頻率相等，波速不等b2與1的波速、頻率相等，波長不等c3與1的波速、頻率、波長均相等d3與1的頻率相等，波速、波長均不等答案d解析波線1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，a、b錯(cuò)；波線1、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由得波長不同，故c錯(cuò)，d對(duì)1(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比()a波速變大 b波速不變c頻率變高 d頻率不變答案bc解析漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，波速由介質(zhì)決定，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比波速不變，根據(jù)聲音的多普勒效應(yīng)，聲源移向觀察者時(shí)接收頻率變高，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比頻率變高2下列說法中正確的是()a根據(jù)惠更斯原理可知，介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看做發(fā)射子波的波源b惠更斯原理只能解釋球面波的傳播，不能解釋平面波的傳播c若知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置，由惠更斯原理可以確定波的傳播方向d惠更斯原理不能解釋波的直線傳播，可以解釋波的反射與折射等相關(guān)現(xiàn)象答案a解析根據(jù)惠更斯原理，我們可以知道，介質(zhì)中任意波面上的各點(diǎn)，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻，這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面，a正確；惠更斯原理既可以解釋球面波的傳播，也可以解釋平面波的傳播，b錯(cuò)誤；僅知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置，無法確定波的傳播方向，故c錯(cuò)誤；惠更斯原理能解釋波的直線傳播、反射與折射等相關(guān)現(xiàn)象，故d錯(cuò)誤3(多選)對(duì)于波的折射現(xiàn)象，下列說法中正確的是()a當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射光線偏離法線b當(dāng)波垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，波速和波長都不改變c在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生改變d波發(fā)生折射時(shí)一定不會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象答案ac解析當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射光線偏離法線，a對(duì)當(dāng)波垂直界面入射時(shí)，傳播方向盡管不改變，但由于介質(zhì)發(fā)生改變，波速和波長都發(fā)生改變，周期、頻率不變，b錯(cuò)，c對(duì)波發(fā)生折射時(shí)也可以在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生反射現(xiàn)象，d錯(cuò)4(2016樂清芙蓉中學(xué)高二下學(xué)期月考)分析下列物理現(xiàn)象：(1)夏天里在一次閃電過后，有時(shí)雷聲轟鳴不絕；(2)“聞其聲而不見其人”；(3)圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音；(4)當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時(shí)，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反射、衍射、干涉、多普勒效應(yīng)b折射、衍射、多普勒效應(yīng)、干涉c反射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)d衍射、折射、干涉、多普勒效應(yīng)答案a解析(1)夏天里在一次閃電過后，有時(shí)雷聲轟鳴不絕，是由于聲音在云層間來回傳播，這是聲音的反射；(2)“聞其聲而不見其人”，聽到聲音，卻看不見人，這是聲音的衍射；(3)圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音，聲叉發(fā)出兩個(gè)頻率相同的聲波相互疊加，從而出現(xiàn)加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)這是聲音的干涉；(4)當(dāng)正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時(shí)，我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高音調(diào)變高就是頻率變高，因此這是多普勒效應(yīng)現(xiàn)象一、選擇題1醫(yī)院通過彩超對(duì)人體進(jìn)行體檢時(shí)，彩超機(jī)向人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波，超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，然后通過反射波頻率變化就可知血液的流速，這一技術(shù)主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象()a共振 b波的衍射c多普勒效應(yīng) d波的干涉答案c解析由題意可知，該儀器是測(cè)量反射波的頻率變化，而波的干涉、波的衍射及共振都不會(huì)產(chǎn)生頻率的變化多普勒效應(yīng)中由于波源的移動(dòng)而使接收到的頻率變化，故該技術(shù)體現(xiàn)的是多普勒效應(yīng)2(多選)(2016武義高二檢測(cè))下面應(yīng)用利用了多普勒效應(yīng)的是()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，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(jìn)行交通管理c鐵路工人將耳朵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)士利用炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去答案abd3關(guān)于惠更斯原理，下列說法正確的是()a惠更斯原理能夠解釋所有波的現(xiàn)象b子波的波速與頻率等于初級(jí)波的波速和頻率c用惠更斯原理不能解釋波的衍射現(xiàn)象d同一波面上的兩個(gè)位置的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)也可能相反答案b4公路巡警開車在高速公路上以100 km/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(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來時(shí)，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低，說明那輛轎車的車速()a高于100 km/h b低于100 km/hc等于100 km/h d無法確定答案a解析因?yàn)檠簿?觀察者)接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低，由多普勒效應(yīng)知巡警車與轎車在相互遠(yuǎn)離，而巡警車車速恒定又在后面，可判定轎車車速比巡警車車速大，故選項(xiàng)a正確，b、c、d錯(cuò)誤5頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運(yùn)動(dòng)以u(píng)表示聲源的速度，v表示聲波的速度(uv)，f表示接收器接收到的頻率若u增大，則()af增大，v增大 bf增大，v不變cf不變，v增大 df減小，v不變答案b解析由于聲波的速度只由介質(zhì)決定，故v不變，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)聲源接近接收器時(shí)接收到的頻率變高，f增大，故b項(xiàng)正確6(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，正確的是()a潛艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理b隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的c雷達(dá)的工作原理是利用波的干涉d水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象答案abd解析潛艇探測(cè)周圍物體利用了反射原理，a對(duì)；隱形飛機(jī)可以減少波的反射，b對(duì)；雷達(dá)工作原理利用了波的反射，c錯(cuò)；水波的傳播方向發(fā)生變化，屬于波的折射，d對(duì)7人在室內(nèi)講話的聲音比在空曠的室外講話聲音要洪亮，是因?yàn)?)a室內(nèi)空氣不流動(dòng) b室內(nèi)聲音多次被反射c室內(nèi)聲音發(fā)生折射 d室內(nèi)物體會(huì)吸收聲音答案b解析人在室內(nèi)說話，聲波會(huì)被室內(nèi)物體、墻壁反射，甚至反射多次，因而顯得聲音洪亮8(多選)(2016永嘉高二檢測(cè))如圖1甲所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回?cái)[