第5節(jié)　多普勒效應(yīng) 教學(xué)設(shè)計(jì)

第5節(jié)多普勒效應(yīng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道什么是多普勒效應(yīng)，了解多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原因．2．能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象．知識點(diǎn)1多普勒效應(yīng)1．定義：多普勒效應(yīng)指由于波源與觀察者之間發(fā)生相互靠近或者相互遠(yuǎn)離時，使觀察者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)波源與觀察者相對靜止時，單位時間內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察者感覺到的頻率等于波源振動的頻率．(2)波源與觀察者相互接近時，單位時間內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察者感覺到的頻率大于波源的頻率，即感覺到的頻率增加．(3)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀察者感覺到的頻率變?。R點(diǎn)2多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．交通大城市中的一些路段通常需限制車速，如學(xué)校附近，在公路上安裝多普勒測速儀便可監(jiān)視到過往車輛的行駛速度是否符合要求．2．測天體運(yùn)動通過測量某天體上元素發(fā)出的光波的頻率，就可以算出此天體相對地球的運(yùn)動情況．3．醫(yī)療醫(yī)院里用的彩超通過測定血液流速，可以檢查大腦、眼底等處的血管病變．[判一判](1)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)時，波源的振動頻率并沒有發(fā)生變化．()(2)我們在劇場聽演唱會時，聽到的聲音頻率與聲源的頻率是不一致的．()(3)人與波源有相對運(yùn)動時，接收到的頻率一定發(fā)生變化．()(4)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)．()(5)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀察者感覺到的頻率變?。?)提示：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√[想一想](1)火車進(jìn)站和出站時，坐在火車上的乘客，能感受到汽笛的音調(diào)發(fā)生變化嗎？(2)隨著科技的發(fā)展和作戰(zhàn)的需要，現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機(jī)飛得越來越快，有些戰(zhàn)斗機(jī)的速度超過了聲音在空氣中的傳播速度．假設(shè)某爆炸聲在空氣中的傳播速度為340m/s，一架戰(zhàn)斗機(jī)正在爆炸點(diǎn)附近遠(yuǎn)離它飛行，要使飛行員聽不到爆炸聲，戰(zhàn)斗機(jī)飛行的速度至少多大？提示：(1)不能．坐在火車上的乘客感到汽笛聲未變，是因?yàn)槁曉聪鄬β犝呤庆o止的．(2)要使飛行員恰好聽不到爆炸聲，即飛行員正好一個聲波也接收不到，則他隨戰(zhàn)斗機(jī)運(yùn)動的速度應(yīng)與波峰前進(jìn)的速度一樣，即戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)以340m/s的速度飛行遠(yuǎn)離爆炸點(diǎn)．1．(多普勒效應(yīng))關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是()A．多普勒效應(yīng)是由波的干涉引起的B．多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生變化C．多普勒效應(yīng)是由波源與觀察者之間有相對運(yùn)動而產(chǎn)生的D．只要觀察者位置發(fā)生變化，就一定會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)解析：選C.多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對運(yùn)動，觀察者感到頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象．2．(多普勒效應(yīng))當(dāng)火車進(jìn)站鳴笛時，我們在車站聽到的聲音的頻率和音調(diào)()A．變低，變高B．不變，變高C．變高，變高D．不知聲速和火車車速，不能判斷解析：選C.火車進(jìn)站鳴笛時，聲源與觀察者距離減小，觀察者感受到的頻率變大，音調(diào)變高．3．(多普勒效應(yīng))(多選)(2022·四川武勝烈面中學(xué)高二期中)假如一輛汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300Hz，在汽車向你駛來又擦身而過的過程中，下列說法正確的是()A．當(dāng)汽車向你駛來時，聽到聲音的頻率大于300HzB．當(dāng)汽車向你駛來時，聽到聲音的頻率小于300HzC．當(dāng)汽車和你擦身而過后，聽到聲音的頻率大于300HzD．當(dāng)汽車和你擦身而過后，聽到聲音的頻率小于300Hz解析：選AD.根據(jù)多普勒效應(yīng)規(guī)律，當(dāng)汽車向你駛過來時，聽到的喇叭聲音的頻率大于300Hz，A正確，B錯誤；當(dāng)汽車和你擦身而過后，聽到的喇叭聲音的頻率小于300Hz，C錯誤，D正確．4．(多普勒效應(yīng)的應(yīng)用)(多選)下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法，正確的是()A．醫(yī)院檢查身體的“彩超”儀運(yùn)用了多普勒效應(yīng)原理B．不僅機(jī)械波，電磁波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)C．由地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波發(fā)生“紅移”現(xiàn)象(各條譜線的波長均變長)，可以判斷遙遠(yuǎn)天體正靠近地球D．靜止的觀察者聽到某個單一頻率聲源發(fā)出的聲音頻率越來越高，說明聲源正在遠(yuǎn)離觀察者解析：選AB.醫(yī)院檢查身體的“彩超”儀是通過測出反射波的頻率變化來確定血流的速度，顯然是運(yùn)用了多普勒效應(yīng)原理，故A正確；多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象，故B正確；當(dāng)波源與觀察者相互靠近時，觀測到的頻率增加，反之，當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，觀測到的頻率減小，故D錯誤；“紅移”現(xiàn)象中各條譜線的波長均變長，即頻率變小，因此遙遠(yuǎn)天體應(yīng)正在遠(yuǎn)離地球，故C錯誤．探究一對多普勒效應(yīng)的理解【問題導(dǎo)引】1．生活中我們能否從飛機(jī)轟鳴聲調(diào)的高低，判斷它是從遠(yuǎn)處飛來，還是掠過頭頂而去？2．站在馬路邊，一輛響著喇叭的汽車從身邊駛過．你聽到的喇叭音調(diào)是否變化？提示：1.能2.變化1．波源頻率波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完整波的個數(shù)．2．觀察者接收到的頻率發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率并沒有變化，是接收者接收的頻率(單位時間內(nèi)接收到的完整波的個數(shù))發(fā)生變化(大于或小于波源頻率)．3．發(fā)生多普勒效應(yīng)的幾種情況相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止不動f波源＝f觀察者，音調(diào)不變波源S不動，觀察者A運(yùn)動，由A→B或A→C若靠近波源，由A→B，則f波源<f觀察者，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f波源>f觀察者，音調(diào)變低觀察者A不動，波源S運(yùn)動，由S→S1f波源<f觀察者，音調(diào)變高【例1】(多選)下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法，正確的是()A．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)B．當(dāng)觀察者靠近聲源時，聽到聲音的音調(diào)升高，說明聲源的頻率升高了C．當(dāng)聲源和觀察者同時以相同的速度向同一方向運(yùn)動時，不會發(fā)生多普勒效應(yīng)D．火車離站時，站臺上的旅客聽到火車的汽笛聲音調(diào)降低[解析]多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，不僅是機(jī)械波，電磁波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)，A錯誤；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，聲源的頻率并沒有發(fā)生變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，B錯誤；當(dāng)波源和觀察者以相同的速度同向運(yùn)動時，兩者之間無相對運(yùn)動，不會發(fā)生多普勒效應(yīng)，C正確；火車離站時，站臺上的旅客和火車相互遠(yuǎn)離，聽到火車的汽笛聲音調(diào)降低，D正確．[答案]CD[針對訓(xùn)練1]關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是()A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率發(fā)生了變化B．要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者必須有相對運(yùn)動且兩者間距發(fā)生變化C．火車向你駛來時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變低，火車離你遠(yuǎn)去時，你聽到的汽笛聲音調(diào)變高D．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)解析：選B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源頻率并沒有發(fā)生變化，波源和觀察者必須有相對運(yùn)動，且兩者間距發(fā)生變化才能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故A錯誤，B正確；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源和觀察者間距變小時，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高，聽到的聲音音調(diào)變高，當(dāng)波源和觀察者間距變大時，觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低，聽到的聲音音調(diào)變低，故C錯誤；所有波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故D錯誤．探究二多普勒效應(yīng)的應(yīng)用【問題導(dǎo)引】醫(yī)院有一種先進(jìn)的檢測技術(shù)——彩超，向病人體內(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，測出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速．這一技術(shù)主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象？提示：儀器接收到的波的頻率發(fā)生變化，是因?yàn)檠旱牧鲃邮共ㄔ磁c接收儀器間的距離發(fā)生變化，從而發(fā)生了多普勒效應(yīng)．1．多普勒效應(yīng)的應(yīng)用(1)多普勒效應(yīng)測車速．(2)醫(yī)用彩色超聲多普勒診斷儀測定心臟跳動，了解血管血流等情況．(3)電磁波的多普勒效應(yīng)為跟蹤目標(biāo)物(如導(dǎo)彈、云層等)提供了一種簡單的方法．在軍事、航天、氣象預(yù)報等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用．(4)用多普勒效應(yīng)測量其他星系向著或遠(yuǎn)離地球運(yùn)動的速率．2．超聲波及其應(yīng)用(1)定義：頻率高于2×104Hz的聲波．(2)特點(diǎn)：大功率的超聲波幾乎沿直線傳播．(3)應(yīng)用：超聲波洗滌，超聲波碎石，超聲波探測儀，醫(yī)用彩超等．【例2】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前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波，該電磁波被轎車反射回來時，警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低．(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，則轎車________(選填“超速”或“不超速”)．(3)若轎車以20m/s的速度行進(jìn)，反射回的頻率應(yīng)________(選填“增大”“不變”或“減小”)．[解析](1)巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)．(2)因警車接收到的頻率低，由多普勒效應(yīng)知警車與轎車在相互遠(yuǎn)離，而警車車速恒定又在后面，可判斷轎車車速比警車車速大，故該車超速．(3)若該車以20m/s的速度行進(jìn)，此時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)增大．[答案](1)C(2)超速(3)增大[針對訓(xùn)練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)天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運(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，波被運(yùn)動的汽車反射回來，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車是否超速，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人用耳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)士從炮彈飛行時產(chǎn)生的聲音判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去解析：選ABD.凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測定遙遠(yuǎn)星體相對地球運(yùn)動的速度，A正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運(yùn)動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化，由多普勒效應(yīng)可以判斷汽車是否超速，B正確；鐵路工人是根據(jù)振動的強(qiáng)弱而對列車的運(yùn)動作出判斷的，C錯誤；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．(建議用時：15分鐘)[基礎(chǔ)鞏固練]1．(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B．炮彈迎面飛來，聲音刺耳C．火車向你駛來時，音調(diào)變高，遠(yuǎn)離你而去時，音調(diào)變低D．大風(fēng)中，遠(yuǎn)處人的說話聲時強(qiáng)時弱解析：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)動時，觀察者聽到的聲音會變化，B、C正確；聲音的強(qiáng)弱由聲波的能量決定，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不是由多普勒效應(yīng)造成的．2．(多選)關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法正確的是()A．若波源向觀察者靠近，則波源發(fā)出的頻率變小B．若波源向觀察者靠近，則觀察者接收到的頻率變大C．若觀察者遠(yuǎn)離波源，則波源發(fā)出的頻率變小D．若波源和觀察者相互遠(yuǎn)離，則觀察者接收到的頻率變小解析：選BD.若波源向觀察者靠近，則波源發(fā)出的頻率不變，觀察者接收到的頻率會變大，A錯誤，B正確；若觀察者遠(yuǎn)離波源，波源發(fā)出的頻率也不變，C錯誤；若波源和觀察者相互遠(yuǎn)離，則觀察者接收到的頻率變小，D正確．3．(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.在同種介質(zhì)中，超聲波的傳播速度保持不變，根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，頻率變高，B、C正確．4．(多選)如圖所示，將上下振動的振針?biāo)揭苿?，移動過程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是()A．振針向右移動B．振針向左移動C．在A處的觀察者，接收到的水波頻率比振針的振動頻率小D．在A處的觀察者，接收到的水波頻率比振針的振動頻率大解析：選AC.振針(波源)前進(jìn)方向上的水波變得密集，在其反方向的水波變得稀疏，因此振針向右移動；由于波源遠(yuǎn)離觀察者時，水波波長變長，觀察者接收到的頻率比振針的振動頻率小，故A、C正確．[綜合提升練]5．a(chǎn)為聲源，發(fā)出聲波．b為接收者，接收a發(fā)出的聲波．若a、b在沿著兩者連線的方向運(yùn)動(速度都不超過聲速)．以下說法正確的是()A．若a、b相互靠近，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的低B．若a、b向同一方向運(yùn)動，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的低C．若a、b向同一方向運(yùn)動，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的高D．若a靜止，b向a運(yùn)動，則b接收到的聲波的頻率一定比a發(fā)出的高解析：選D.b接收到的聲波的頻率的高低關(guān)鍵是看聲源a與接收者b之間的距離如何變化，若遠(yuǎn)離則b接收到的聲波的頻率比a發(fā)出的低，若靠近則b接收到的聲波的頻率比a發(fā)出的高，故A錯誤，D正確；當(dāng)a、b向同一方向運(yùn)動時，兩者之間的距離可變大、可變小、可不變，故b接收到的聲波的頻率與a發(fā)出的聲波的頻率關(guān)系不確定，故B、C錯誤．6．(多選)如圖所示，在原點(diǎn)處做簡諧運(yùn)動的波源產(chǎn)生的機(jī)械波沿x軸正方向傳播，波速v＝400m/s.為了接收信號，在x＝400m處設(shè)有一接收器A(圖中未標(biāo)出)．已知t＝0時，波已經(jīng)傳播到x＝40m處，則下列說法中不正確的是()A．波源