2017-2018學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第5、6節(jié)多普勒效應(yīng)惠更斯原理教學(xué)案新人教版

1、第 5、6 節(jié)多普勒效應(yīng) 惠更斯原理廣 1. 多普勒效應(yīng):波源與觀祭者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離、時(shí)，觀察者接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現(xiàn)象。2. 波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大，二者如果遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。3. 利用多普勒效應(yīng)可以測車輛速度、星球速度、血流速度等。4. 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。丿音調(diào)：音調(diào)由頻率決定，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。(2)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)，接收到的波的頻率都會發(fā)生 變化的現(xiàn)象。/ Tk2.多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(

2、1) 波源與觀察者相對靜止時(shí)，1 s 內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察者觀測到的頻率等于波源振動(dòng)的頻率。(2) 當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)，1 s 內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察vi/L )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。_二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1.測車輛速度：交警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波,同時(shí)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。2. 測星球速度：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(shí)發(fā)光的頻率對照，可得星球的速度。3. 測血流速度： 向人體內(nèi)發(fā)射已知頻率的超聲波， 超聲波

3、被血管中的血流反射后又被 儀器接收，一、多普勒效應(yīng)1多普勒效應(yīng)課前門丄學(xué)習(xí).基桶才能樓高2測岀反射波的頻率變化就可得血流速度。三、惠更斯原理1波面與波線(1)波面和波線的概念:31波面：波源發(fā)出的波，向四周傳開，波峰組成了一個(gè)個(gè)圓，波谷也組成一個(gè)個(gè)圓，振 動(dòng)狀態(tài)相同的點(diǎn)都組成了一個(gè)個(gè)圓，這些圓叫作一個(gè)個(gè)波面。2波線：指與波面垂直的目 E 些線，代表了波的傳播方向。如圖 12-5-1 所示。甲球面彼乙平血波圖 12-5-1(2)波的分類：1球面波： 由空間一點(diǎn)發(fā)出的波，它的波面是以波源為球心的一個(gè)個(gè)球面,波線就是這些球面的半徑。2平面波：指波面是平面的波。2 惠更斯原理(1)內(nèi)容：介質(zhì)中任一波面

4、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。應(yīng)用：1如果知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置，還知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一時(shí)刻這個(gè)波面的位置，從而確定波的傳播方向。 z NT1-2利用惠更斯原理只能解釋衍射現(xiàn)象中波的傳播方向，不能解釋波的強(qiáng)度。無法說明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系。3 波的反射與折射(1) 反射現(xiàn)象：波遇到介質(zhì)界面會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。(2) 折射現(xiàn)象：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。1 自主思考一一判一判(1)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率沒有發(fā)生變化。(V)當(dāng)波源和觀察者向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)

5、，一定發(fā)生多普勒效應(yīng)。(X)(3) 只有橫波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)。(X)4(4) 波面一定是平面。(X)(5) 波的傳播方向與波面平行。(X)(6) 用惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象與障礙物大小的關(guān)系。(X)52.合作探究一一議一議(1)炮彈由遠(yuǎn)處飛來從頭頂呼嘯而過的整個(gè)過程中，我們所聽到的音調(diào)會發(fā)生怎樣的變化？為什么？提示：波源與觀察者距離的變化會引起接收頻率的變化，頻率的變化會引起音調(diào)的變化,由于炮彈離我們先變近后變遠(yuǎn)，所以音調(diào)先變高后變低。(2)人們聽不清對方說話時(shí)，除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ剑€習(xí)慣性地把同側(cè)的手附在耳 旁，這樣做是利用聲波的什么特點(diǎn)提高耳朵的接收能力？圖 12-5-2提示：

6、在耳郭原有形狀、面積的基礎(chǔ)上增加一個(gè)手的面積是為了增加波的反射來提高耳 朵的接收能力。對多普勒效應(yīng)的理解通知識1.波源頻率波源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長的波，稱為一個(gè)完全波。頻率表示單位時(shí)間內(nèi) 完成的全振動(dòng)的次數(shù)。因此波源的頻率又等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。2接收頻率(1) 波源和觀察者相對靜止。觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。(2) 波源和觀察者有相對運(yùn)動(dòng)。觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)發(fā)生變化，即感覺到波的頻率發(fā)生變化。波源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。課堂講練設(shè)計(jì)舉一能通類題63.音調(diào)音調(diào)由頻率決定，頻

7、率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由7觀察者接收到的頻率，即單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。典例（多選）假如一輛汽車在靜止時(shí)喇叭發(fā)出聲音的頻率是300 Hz，在汽車向觀察者駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是（）A.當(dāng)汽車向觀察者駛來時(shí)，聽到喇叭聲音的頻率大于300 HzB.當(dāng)汽車向觀察者駛來時(shí)，聽到喇叭聲音的頻率小于300 HzC.當(dāng)汽車和觀察者擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率大于300 HzD.當(dāng)汽車和觀察者擦身而過后，聽到喇叭聲音的頻率小于300 Hz思路點(diǎn)撥（1）當(dāng)觀察者與波源的距離減小時(shí)，觀察者接收到的頻率變大。（2）當(dāng)觀察者與波源的距離增大時(shí)，觀察者接

8、收到的頻率變小。解析當(dāng)汽車向觀察者駛來時(shí)，兩者距離減小，單位時(shí)間內(nèi)觀察者接收的聲波個(gè)數(shù)增多，頻率升高，將大于 300 Hz，故 A 選項(xiàng)正確；當(dāng)汽車和觀察者擦身而過后，兩者距離變 大，單位時(shí)間內(nèi)觀察者接收的聲波個(gè)數(shù)減少，答案AD觀察者接收到的頻率的判斷聲音的音調(diào)取決于頻率，頻率高則音調(diào)高，頻率低則音調(diào)低。（2）當(dāng)波源與觀察者相互靠近時(shí)， 觀察者接收到的頻率大于波源頻率，音調(diào)變高；反之,1.關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法正確的有（）/ JA. 只有機(jī)械波才能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)B. 當(dāng)波源和觀察者都運(yùn)動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生多普勒效應(yīng)C. 產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源的頻率發(fā)生了變化D. 產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是觀察者接收到

9、的頻率發(fā)生了變化解析：選 D 多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過程共有的特征，無論是機(jī)械波、電磁波還是光波都會 發(fā)生多普勒通題組8效應(yīng)。產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因是波源和觀察者有相對運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致觀察者接收到的波的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率不變。故選項(xiàng)D 正確，A、B、C 錯(cuò)誤。2. （多選）下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)（）A.遠(yuǎn)去的汽車聲音越來越小9B. 炮彈迎面飛來，聲音刺耳C. 火車向你駛來時(shí)，音調(diào)變高，遠(yuǎn)離你而去時(shí)，音調(diào)變低D. 大風(fēng)中，遠(yuǎn)處人的說話聲時(shí)強(qiáng)時(shí)弱解析：選 BC 聲波音調(diào)的高低由其頻率決定，據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源與觀察者發(fā)生相 對運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者聽到的音調(diào)會變化，B C 正確；聲音的強(qiáng)弱由聲波的能量決定，

10、聲源越近，聲波能量越大，聽起來越響亮，但音調(diào)不一定變化，A、D 項(xiàng)不是由多普勒效應(yīng)造成的,故選擇 B、Co3.（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 頻率不變解析：選 BC 漁船與魚群發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，被魚群反射回來的超聲波的速度大小不變； 由多普勒效應(yīng)知，反射回來的超聲波的頻率變高，故選項(xiàng)B、C 正確。波的反射和折射通知識1. 波的反射的應(yīng)用回聲測距：1當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了靜止障礙物會被反射回來繼續(xù)傳播，由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同， 因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下

11、，用的時(shí)間相等。設(shè)經(jīng)過時(shí)間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s=v聲2。2當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s=（V聲+v）2。3當(dāng)聲源以速度V遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度V遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s= （V聲一v）2。（2）超聲波定位：蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波。超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會被反射回來。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動(dòng)方向。2. 波的反射與折射的對比考點(diǎn)二10（1）對應(yīng)物理量的變化、波現(xiàn)象 比較項(xiàng)波的反射波的折射傳播方向改變i=i改變r(jià)

12、豐i頻率f不變不變波速v不變改變波長入不變改變（2）頻率、波速和波長的決定因素1頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都與入射波的頻率，即波源的振動(dòng)頻率相同。2波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變，而折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，所以波速變化。3據(jù)f知，波長入與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)和波源有關(guān)， 反射波與入射波在同一介質(zhì)中波速相同，頻率相同，故波長相同。折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，v不同，f相同，故入不同。J6通題組公1. （多選）下列說法中正確的是（）A. 入射波的波長和反射波的波長相等 B. 入射波的波長大于折射波的波長C. 入射波的波長小于折

13、射波的波長D. 入射波和折射波頻率相同解析：選 AD 機(jī)械波在發(fā)生折射時(shí)，波的頻率不變，但波速和波長都發(fā)生變化，但因介質(zhì)不確定，無法確定入射波和折射波的波長大小關(guān)系，故B、C 錯(cuò)誤，D 正確；因入射波和反射波在同一介質(zhì)中，波速和頻率均相同，因此，入射波的波長和反射波的波長相等，A正確。2. （多選）下列說法正確的是（）A. 波發(fā)生反射時(shí)，波的頻率不變，波速變小，波長變短B. 波發(fā)生反射時(shí)，頻率、波長、波速均不變C. 波發(fā)生折射時(shí)，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化11D. 波發(fā)生折射時(shí)，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化解析：選 BC 波發(fā)生反射時(shí)是在同一介質(zhì)中，頻率、波長、波速均不變，選項(xiàng)A 錯(cuò)

14、誤，B 正確；波發(fā)生折射時(shí)，介質(zhì)改變，故波速發(fā)生變化，但頻率由波源決定，波的頻率不變，12由7=kf可知波長也發(fā)生變化，選項(xiàng) C 正確，D 錯(cuò)誤。3.如圖 12-5-3 所示，1、2、3 分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則（）A. 2 與 1 的波長、頻率相等，波速不等B. 2 與 1 的波速、頻率相等，波長不等C. 3 與 1 的波速、頻率、波長均相等D. 3 與 1 的頻率相等，波速、波長均不等解析：選 D 波 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 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，由入=V得波長不同，故 C

15、錯(cuò)，D 對。一、基礎(chǔ)題尊熟1. （多選）下列說法中不正確的是（）A. 只有平面波的波面才與波線垂直B. 任何波的波線與波面都相互垂直C. 任何波的波線都表示波的傳播方向D. 有些波的波面表示波的傳播方向解析：選 AD 不管是平面波，還是球面波，其波面與波線均垂直，選項(xiàng)A 錯(cuò)誤，選項(xiàng) B正確，波線表示波的傳播方向，選項(xiàng)C 正確，D 錯(cuò)誤。2.（多選）下列對惠更斯原理的理解，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. 同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同C. 球面波是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面課肓層級訓(xùn)練步母提升能力13D. 無論怎樣的波，波線始終和波面平行解析：選 ABC 根

16、據(jù)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14A.聲源和人都是靜止的，聲源振動(dòng)的頻率越來越低B. 人靜止, 聲源遠(yuǎn)離人做勻速直線運(yùn)動(dòng)，聲源振動(dòng)的頻率不變C. 人靜止, 聲源遠(yuǎn)離人做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，聲源振動(dòng)的頻率不變D. 人靜止, 聲源遠(yuǎn)離人做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，聲源振動(dòng)的頻率不變解析：選 AC 人聽到的聲音的頻率越來越低，聲源遠(yuǎn)離觀察者，且遠(yuǎn)離的速度越來越 大，也就是加速遠(yuǎn)離。所以 A、C 正確。4.（多選）如圖 1 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)[動(dòng)，下 列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是（A.女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B. 女同學(xué)從C.

17、女同學(xué)在E向D運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)不變D.C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)變低女同學(xué)在解析：選 AD 女同學(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她就有靠近聲源的趨勢，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感到音調(diào)變低。選項(xiàng)A D 正確，B、C 錯(cuò)誤。5. 同 一音叉發(fā)出的聲波在水和空氣中傳播，某時(shí)刻的波形曲線如圖正確的是（）2 所示，以下說法A. 聲波在水中波長較大,B. 聲波在空氣中波長較大,C. 水中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高,b是空氣中聲波的波形曲線a是水中聲波的波形曲線源，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，同一波

18、面上各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況完全相同，選項(xiàng) A 正確；不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同，選項(xiàng) B 正確；球面波是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面，選項(xiàng) C 正確；波線始終與波面垂直，選項(xiàng) D 錯(cuò)誤。（多選）當(dāng)人聽到聲音的頻率越來越低時(shí)，可能的原因是（）3.b是水中聲波的波形曲線15D.空氣中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高，a 是空氣中聲波的波形曲線解析：選 A 波的頻率取決于波源的振動(dòng)頻率，與介質(zhì)無關(guān)，故同一音叉發(fā)出的聲波在水中與在空氣中傳播時(shí)頻率相同。但機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只取決于介質(zhì)性質(zhì)，與波的16頻率無關(guān)，聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度。由v=f入知，聲波在水中的波長應(yīng)較大，對應(yīng)于題圖中波形曲線b,故

19、只有 A 正確。6.在坐標(biāo)原點(diǎn)的波源產(chǎn)生一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，波速v= 200m/s,已知t= 0 時(shí)波剛好傳播到x= 40 m 處，如圖 3 所示。在x= 400 m 處有一接收器（圖中未畫出），則下列說法正確的是（）圖 3A.波源開始振動(dòng)時(shí)方向沿y 軸正方向B. 從t= 0 開始經(jīng) 0.15 s ,x= 40 m 的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程為 0.6 mC. 接收器在t= 2 s 時(shí)才能接收到此波D.若波源向x軸正方向運(yùn)動(dòng)， 接收器收到的波的頻率可能為9 Hz解析：選 B 由題圖知，x= 40 m 處的質(zhì)點(diǎn)的起振方向向下，則波源的起振方向也向下入3（y軸負(fù)向），A 錯(cuò)；由圖知 入=20 m,A= 10 cm ,T= = 0.1 s，而 t1= 0.15 s = ?T,所3以x= 40 m 的質(zhì)點(diǎn) 0.15 s 運(yùn)動(dòng)的路程為s=X4A= 6A= 60 cm= 0.6 m, B 對；波由x= 40 m處傳到x= 400 m 處所需時(shí)間t=產(chǎn)=I60 s = 1.8 s ,