2024-2025年新教材高中物理第三章機械波5多普勒效應(yīng)學(xué)案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE6-5．多普勒效應(yīng)目標(biāo)體系構(gòu)建明確目標(biāo)·梳理脈絡(luò)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．通過試驗相識多普勒效應(yīng)。2．能說明多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的緣由。3．能用多普勒效應(yīng)說明有關(guān)問題?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實新知學(xué)問點1多普勒效應(yīng)1．多普勒效應(yīng)：波源與視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)生改變的現(xiàn)象。2．多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的緣由：(1)當(dāng)波源與視察者相對靜止時，1s內(nèi)通過視察者的波峰(或密部)的數(shù)目是__確定__的，視察者視察到的頻率__等于__波源振動的頻率。(2)當(dāng)波源與視察者相向運動時，1s內(nèi)通過視察者的波峰(或密部)的數(shù)目__增加__，視察到的頻率__增加__；反之，當(dāng)波源與視察者相互遠離時，視察到的頻率__變小__。學(xué)問點2多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1．測車輛速度：交通警車向行進中的車輛放射頻率已知的超聲波，同時測量__反射波的頻率__，依據(jù)__反射波頻率__改變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__時發(fā)光的頻率比照，可得星球的速度。3．測血流速度：向人體內(nèi)放射__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，測出反射波的__頻率改變__，就可得血流速度。思索辨析『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)生改變。(√)(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樣的。(×)(3)人與波源有相對運動時，接收到的頻率確定發(fā)生改變。(×)(4)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)。(×)(5)波源與視察者相互遠離時，視察者感覺到的頻率變小。(√)『選一選』(2024·江蘇省南通市高二下學(xué)期線上測試)(多選)如圖所示，男同學(xué)站立不動吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回搖擺，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是(AD)A．女同學(xué)從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B．女同學(xué)從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在C點向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在C點向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低解析：女同學(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢，依據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運動時，她感到音調(diào)變低。選項A、D正確，B、C錯誤?！合胍幌搿浑S著科技的發(fā)展和作戰(zhàn)的須要，現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機飛得越來越快，有些戰(zhàn)斗機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)斗機正在爆炸點旁邊遠離它飛行，要使飛行員聽不到爆炸聲，戰(zhàn)斗機飛行的速度至少多大？答案：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)斗機運動的速度應(yīng)與波峰前進的速度一樣，即戰(zhàn)斗機應(yīng)以340m/s的速度飛行遠離爆炸點。課內(nèi)互動探究細研深究·破疑解難探究對多普勒效應(yīng)的理解┃┃情境導(dǎo)入__■美國霍普金斯高校利用多普勒效應(yīng)對蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星進行了跟蹤試驗?？茖W(xué)家發(fā)覺，當(dāng)衛(wèi)星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛(wèi)星向遠地點運動時返回的信號頻率降低。(1)波源的頻率由誰確定？(2)視察者接收到的頻率與哪些因素有關(guān)？提示：(1)由波源確定。(2)視察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與視察者的相對運動有關(guān)。┃┃要點提煉__■1．波源頻率波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。2．視察者接收到的頻率發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率并沒有改變，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)生改變(大于或小于波源頻率)。3．發(fā)生多普勒效應(yīng)的幾種狀況相對位置圖示結(jié)論波源S和視察者A相對靜止不動，如圖所示f波源＝f視察者，音調(diào)不變波源S不動，視察者A運動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f波源<f視察者，音調(diào)變高；若遠離波源，由A→C，則f波源>f視察者，音調(diào)變低視察者A不動，波源S運動，由S→S2，如圖所示f波源<f視察者，音調(diào)變高特殊提示(1)無論什么狀況，發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源與視察者確定有相對運動，二者相互靠近時，視察者接收到的頻率變高，相互遠離時，接收到的頻率變低。(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不是取決于視察者距波源多遠，而是取決于視察者相對于波源的運動速度的大小和方向。┃┃典例剖析__■典例1(多選)下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說法，正確的是(CD)A．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)B．當(dāng)視察者靠近聲源時，聽到聲音的音調(diào)上升，說明聲源的頻率上升了C．當(dāng)聲源和視察者同時以相同的速度向同一方向運動時，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音調(diào)降低思路引導(dǎo)：①多普勒效應(yīng)是波具有的特征，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)。②觀測者向波源靠近時，波源頻率不變，但觀測者接收到的頻率增高，即音調(diào)增高；反之，觀測者與波源遠離時，觀測者接收到的頻率降低，即音調(diào)降低。解析：多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，不僅是機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)，A項錯誤。發(fā)生多普勒效應(yīng)時，聲源的頻率并沒有發(fā)生改變，而是視察者接收到的頻率發(fā)生了改變，B項錯誤。當(dāng)波源和視察者以相同的速度同向運動時，兩者之間無相對運動，不會發(fā)生多普勒效應(yīng)，C項正確?；疖囯x站時，站臺上的旅客和火車相互遠離，聽到火車的汽笛音調(diào)降低，D項正確。┃┃對點訓(xùn)練__■1．(2024·江蘇省揚州中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖表示產(chǎn)朝氣械波的波源O做勻速運動的狀況下，某一時刻在介質(zhì)平面中的情形，圖中的圓表示波峰。(1)該圖表示的是(D)A．干涉現(xiàn)象 B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)象 D．多普勒效應(yīng)(2)波源正在移向(A)A．A點 B．B點C．C點 D．D點(3)視察到波的頻率最低的點是(B)A．A點 B．B點C．C點 D．D點解析：(1)該圖表示的是多普勒效應(yīng)，正確的選項為D。(2)從波長改變狀況來看，波源正在移向A點。(3)由于波源遠離B點，所以，視察到波的頻率最低的點是B點。探究多普勒效應(yīng)及超聲波的應(yīng)用┃┃情境導(dǎo)入__■醫(yī)院有一種先進的檢測技術(shù)——彩超，向病人體內(nèi)放射頻率已精確駕馭的超聲波。超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，測出反射波的頻率改變，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)生改變，是因為血液的流淌使波源與接收儀器間距離發(fā)生改變，從而發(fā)生了多普勒效應(yīng)。┃┃要點提煉__■1．多普勒效應(yīng)的應(yīng)用(1)多普勒效應(yīng)測車速。(2)醫(yī)用彩色超聲波測定心臟跳動，了解血管血流等狀況。(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)供應(yīng)了一種簡潔的方法。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離地球運動的速率。2．超聲波及其應(yīng)用(1)定義：頻率高于2×104Hz的聲波。(2)特點：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。┃┃典例剖析__■典例2馬路巡警開車在高速馬路上以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，假如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(C)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，則轎車是否超速？(3)若轎車以20m/s的速度行進，反射回的頻率應(yīng)怎樣改變？思路引導(dǎo)：依據(jù)波源與視察者相對距離增大或減小時，視察者接收到的頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象即多普勒效應(yīng)解答。解析：(1)巡警車接收到的電波頻率比發(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離，而警車車速恒定又在后面，可推斷轎車車速比警車車速大，故該車超速。(3)若該車以20m/s的速度行進時，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)偏高。答案：(2)超速(3)偏高┃┃對點訓(xùn)練__■2．(多選)下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)(ABD)A．利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來推斷遙遠天體相對于地球的運動速度B．交通警察向行進中的汽車放射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，依據(jù)接收到的頻率發(fā)生的改變，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可推斷火車的運動狀況D．有閱歷的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲推斷飛行炮彈是接近還是遠去解析：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)便可以測定遙遠星體相對地球遠離的速度，A正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生改變，由多普勒效應(yīng)的計算公式可以求出運動物體的速度，B正確；鐵路工人是依據(jù)振動的強弱而對列車的運動作出推斷的，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動方向有關(guān)，D正確。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)多普勒效應(yīng)的推斷方法(1)確定探討對象。(波源與視察者)(2)確定波源與視察者是否有相對運動。若有相對運動，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，否則不發(fā)生。(3)推斷：當(dāng)兩者遠離時，視察者接收到的波的頻率變小，靠近時視察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變。案例某人站在地面上某處，一架飛機由遠而近從人的頭頂上方勻速飛過，則人聽到飛機發(fā)出聲音的頻率(A)A．越來越低 B．越來越高C．先變高后變低 D．先變低后變高易錯分析：飛機從人頭頂勻速飛過，勻速是指飛機相對地面，但相對視察者的速度是先減小后增大，這須要將速度分解。一些同學(xué)思維簡潔，只考慮到起初是飛機(聲源)相對視察者靠近，飛機過了人的正頭頂后，變成了聲源相對視察者遠離，因此認為接收的頻領(lǐng)先變高后變低，錯選了C項。解析：當(dāng)飛機飛近人時，將飛機的速度分解，如圖甲所示，飛機相對人的速度為v1＝vcos