高中物理人教必修一(教案)多普勒效應(yīng)

1、6/6多普勒效應(yīng)【教學(xué)目標(biāo)】1知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別。2知道什么是多普勒效應(yīng)。3能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別。2知道多普勒效應(yīng)是在波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的。【教學(xué)難點(diǎn)】波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別。【教學(xué)過程】一、新課導(dǎo)入讓學(xué)生敘述火車向你駛來時(shí)，汽笛本身的音調(diào)如何變？人聽到的汽笛音調(diào)如何變？火車離你而去時(shí)，汽笛本身的音調(diào)如何變？人聽到的汽笛音調(diào)如何變？同是汽笛發(fā)聲為什么會(huì)產(chǎn)生兩種不同的現(xiàn)象呢？二、新課教學(xué)（一）多普勒效應(yīng)1多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化

2、的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。這種現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年最先發(fā)現(xiàn)的。教師簡(jiǎn)單介紹多普勒。2多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象：（1）觀察者靜止不動(dòng)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個(gè)人經(jīng)過。f測(cè)=f源（2）當(dāng)觀察者逆著隊(duì)伍行走時(shí)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個(gè)人經(jīng)過。f測(cè)f源（3）當(dāng)觀察者與隊(duì)伍同向行走且速度比隊(duì)伍的小時(shí)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個(gè)人經(jīng)過。f測(cè)f源教師動(dòng)畫演示多普勒效應(yīng)的成因，讓學(xué)生理解多普勒效應(yīng)的實(shí)質(zhì)。3多普勒效應(yīng)的實(shí)質(zhì)：當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。多普勒效應(yīng)是觀察者接收到

3、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。4多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象。不僅機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。5多普勒效應(yīng)的成因：聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。而接收者聽到的聲音的音調(diào)，是由接收者接收到的頻率決定的，即單位時(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。（二）多普勒效應(yīng)中觀測(cè)頻率的計(jì)算例：波速為v100m/s，波源的頻率f100Hz，可算得：波的周期T0.01s，波長(zhǎng)1m。（1）波源相對(duì)于介質(zhì)靜止，觀察者相對(duì)于介質(zhì)靜止在時(shí)間t1s里有100個(gè)波傳到觀察者所在的A處,觀察者接收到

4、的頻率與波源的頻率相等，音調(diào)不變。（2）觀察者相對(duì)于介質(zhì)靜止，波源以速度v源10m/s相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)波源向觀察者運(yùn)動(dòng)則對(duì)觀察者來說感覺到的波速為110m，他在1秒鐘內(nèi)接收到的完全波數(shù)為110個(gè)，所以觀察者感受到的頻率f110Hz比波源的頻率f100Hz要高，因而音調(diào)變高。注意：波速實(shí)際并沒有改變，但在相同的距離中卻多了10個(gè)完整波，是由于波在介質(zhì)中被均勻擠壓，使之波長(zhǎng)變短的緣故。波源遠(yuǎn)離觀察者由同學(xué)自行分析（3）波源相對(duì)于介質(zhì)靜止，觀察者以速度v人10m/s相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)觀察者向波源運(yùn)動(dòng)觀察者遠(yuǎn)離波源由同學(xué)自行分析（4）波源與觀察者同時(shí)相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)又如何呢？多普勒效應(yīng)更加明顯總結(jié)如下：1波源

5、不動(dòng)，觀察者相對(duì)波源運(yùn)動(dòng)（1）觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)f測(cè)=v波+v人波=(1+v人v波)f波（2）觀察者離波源運(yùn)動(dòng)f測(cè)=v波-v人波=(1-v人v波)f波2觀察者不動(dòng)，波源相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)（1）波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)f測(cè)=v波波-v源T波=v波f波v波-v源（2）波源離觀察者運(yùn)動(dòng)f測(cè)=v波波+v源T波=v波f波v波+v源（三）多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運(yùn)動(dòng)方向和快慢。有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時(shí)的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去。學(xué)生思考：如何判斷？火車駛來時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，聽到的汽笛聲調(diào)比較高，感覺尖銳刺耳；火車遠(yuǎn)離時(shí)，聽到的汽笛聲調(diào)較低，聽起來較為低沉。2交通警察

6、利用多普勒效應(yīng)測(cè)速。雷達(dá)測(cè)速儀：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（通常是紅外線），波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。3用多普勒效應(yīng)測(cè)量其它星系向著還是遠(yuǎn)離地球運(yùn)動(dòng)的速率。宇宙中的星球都在不停地運(yùn)動(dòng)。測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后跟地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，就可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。4軍事應(yīng)用：脈沖多普勒雷達(dá)，多譜勒導(dǎo)航儀。5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流反射后又被儀器接收，測(cè)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?！菊n堂練習(xí)】1下列關(guān)

7、于多普勒效應(yīng)的說法中，正確的是（ ）A只要波源在運(yùn)動(dòng)，就一定能觀察到多普勒效應(yīng)B如果聲源靜止，就觀察不到多普勒效應(yīng)C當(dāng)聲源朝靠近觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源的頻率不變D當(dāng)聲波遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率變低E當(dāng)聲源相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者聽到的聲音的頻率可能變高，也可能變低答案：CDE解析：波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源與觀察者距離不一定變化，不一定發(fā)生多普勒效應(yīng)，A錯(cuò)；聲源靜止時(shí)，若觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，B錯(cuò)；聲源朝著觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源頻率不變，觀察者接收到的頻率增大，C、D對(duì)；聲源相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者距離可能增大，也可能減小，故觀察者接收到的頻率可能變低，也可能變高，E對(duì)。2如圖所示，在

8、原點(diǎn)處做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的波源產(chǎn)生的機(jī)械波沿x軸正方向傳播，波速v400m/s，為了接收信號(hào)，在x400m處放置一接收器A(圖中未標(biāo)出)。已知t0時(shí)，波已經(jīng)傳播到x40m，則下列說法中正確的是（ ）A波源振動(dòng)的周期為0.05sBx40m處的質(zhì)點(diǎn)在t0.5s時(shí)位移為零C接收器在t1.0s時(shí)才能接收到此波D若波源向x軸負(fù)方向移動(dòng)，則接收器接收到的波的頻率將小于20HzE接收器接收到的頻率與波源的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)答案：ABD解析：波源振動(dòng)的周期：T/v20/400s0.05s，A正確；x40m處的質(zhì)點(diǎn)在t0.5s時(shí)仍在平衡位置，B正確；接收器接收到此波的時(shí)間：t（40040）/400s0.9s，C錯(cuò)誤；由多普勒

9、效應(yīng)的知識(shí)，可判斷D正確，E錯(cuò)誤。3如圖所示，由波源S發(fā)出的波某一時(shí)刻在介質(zhì)平面中的情形，實(shí)線為波峰，虛線為波谷，設(shè)波源頻率為20Hz，且不運(yùn)動(dòng)，而觀察者在1s內(nèi)由A運(yùn)動(dòng)到B，觀察者接收到多少個(gè)完全波？設(shè)波速為340m/s，則要讓觀察者完全接收不到波，他每秒要運(yùn)動(dòng)多少米？答案：19個(gè) 340m解析：觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)就等于觀察者接收到的頻率。如果觀察者不動(dòng)，則1s內(nèi)，觀察者接收的完全波的個(gè)數(shù)應(yīng)為20個(gè)，然而當(dāng)觀察者從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，所能接收到的完全波的個(gè)數(shù)正好比不運(yùn)動(dòng)時(shí)少1個(gè)，即他只接收到19個(gè)完全波。要想讓觀察者完全接收不到波，他必須隨同所在的波峰一起運(yùn)動(dòng)并遠(yuǎn)離波源。由

10、xvt得x3401m340m，即觀察者每秒要遠(yuǎn)離波源340m。4下面說法中正確的是（ ）A發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了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)是波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)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E多普勒效應(yīng)是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的答案：BCD解析：當(dāng)波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)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(shí)，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(cuò)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。5公路巡警開車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向

11、前方的一輛轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的超聲波，結(jié)果該超聲波被那輛轎車反射回來時(shí)，巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低。（1）此現(xiàn)象屬于（ ）A波的衍射 B波的干涉C多普勒效應(yīng) D波的反射（2）若該路段限速為100km/h，則該轎車是否超速？（3）若該轎車以20m/s的速度行進(jìn)，反射回的頻率應(yīng)怎樣變化？答案：（1）C （2）見解析 （3）見解析解析：（1）巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低，此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)，選項(xiàng)C正確。（2）因巡警車接收到的頻率低，由多普勒效應(yīng)知巡警車與轎車在相互遠(yuǎn)離，而巡警車車速恒定且在后面，可判斷轎車車速比巡警車車速大，故該轎車超速。（3）若該轎車以20m/s的速度行進(jìn)，此時(shí)巡警車與轎車在相互靠近，由多普勒效應(yīng)知反射回的頻率應(yīng)偏高。6假如一輛汽車在靜止時(shí)喇叭發(fā)出聲音的頻率是300H