3.5多普勒效应 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

3.5多普勒效应 〖教材分析〗 声波的多普勒效应比较常见。我们只对它做定性分析，使学生有初步的了解。多普勒效应在生活中的应用非常的多，如交通管理、医疗检查、星空探测等。给学生做介绍，可以开阔他们的眼界。增加对社会的认识，用物理的眼光审视社会现象。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶通过分析实验，能够理解多普勒效应。 科学思维∶能够理解多普勒效应中频率的关系。 科学探究：能用多普勒效应解释生活中的有关问题。 科学态度与责任∶培养学生善于发现生活中物理规律的习惯，养成严谨的科学态度。 〖教学重难点〗 教学重点：能解释多普勒效应产生的原因。 教学难点：能解释多普勒效应产生的原因。能用多普勒效应解释有关问题。 〖教学准备〗 音响。 〖教学过程〗 一、新课引入 （播放视频）当一辆汽车响着喇叭，从你身边疾驰而过，听到的喇叭声音是这样的，你能听出声音有什么变化吗？ 你可能觉得声音由大变小了，但是还有一个重要的变化，就是声音的频率由高变低了。 在这个现象中，笛声的波源不变，因此笛声的频率并没有改变，那接收到的声波频率为什么会变化呢？ 二、新课教学 这种现象是奥地利物理学家多普勒首先发现并提出的。他有一次带着女儿在铁道旁散步时，火车鸣笛经过，使他注意到了类似的现象。 播放火车远离的视频。 之后经过认真的研究发现，当波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接触到的波的频率都会发生改变，并给出了相应的解释。人们就以他的名字命名了这种现象，称作多普勒效应。 多普勒效应：波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。 （一）多普勒效应 演示：蜂鸣器音调的变化 将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动，在几米之外听它的声音有什么变化。 通过动画演示这个实验。 实验表明，波源在靠近观察者时，观察者接收的频率变大；波源在远离观察者时，观察者接收的频率变小。 继续做如下的模拟实验。 ①当波源完成一次全震动，它就会向外发出一个波长的声波。如果观察者和波源都不动，那波源发出声波的频率和观察接受收到的频率就是一样的。 ②如果观察者不动，波源向观察者靠近的话，就会发现观察者在单位时间内接收到声波的密度，数量增加，也就是观察者接收到声波的频率变高。 ③如果波源远离观察者，单位时间接收到的密度数量减少，接收声波的频率变小。这是观察者移动波源不动的情况，接下来再看看观察者不动波源移动的情况。这个波源就有一个向右的移动速度，它发出的波以此刻的波源为圆心。当波源向右移动时新波的圆心就是波源现在的位置，经过一段时间后波的示意图就是这样的。波源移动到了这儿，因为发出波的圆心在不断向右移动，所以不远右侧的波面变得密集，左侧变得稀疏，但波在介质中传播的速度并没有改变，这就导致观察者在波源的右侧时，单位时间接收到的波的个数增多，即接触到声波的频率大于生源发出声波的频率。反之观察者如果在波源的左侧接触到的声波频率，就小于波源发出声波的频率。 波源 观察者 频率关系 静止 静止 观察者接收频率 等于 波源的频率 静止 观察者靠近波源 大于 静止 观察者远离波源 小于 波源靠近观察者 静止 大于 波源远离观察者 静止 小于 从以上的分析可以看出，在多普勒效应中，波源的频率并没有变化，只是由于波源和观察者的相对运动，使得观察者接受到的频率发生了变化。 思考与讨论 固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动时拍得一幅如图 3.5-3 所示的照片，显示出此时波的图样。由照片是否可知，振动片正在向图中哪个方向移动？单位时间内是水波槽左边接收完全波个数多还是右边接收完全波个数多？ （二）多普勒效应在科学技术中有广泛的应用 ①多普勒测速仪 交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。利用多普勒测速仪，还可以测量水在海底的流速，为养殖场寻找适合贝类生长的场所。 ②彩超 医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收。测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。 ③星空探测 课堂练习 例1：关于多普勒效应，下列说法正确的是（ ） A．多普勒效应是由于波的干涉引起的 B．多普勒效应说明波源的频率发生改变 C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的 D．只有声波才可以产生多普勒效应 解析：由多普勒效应定义。波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。C项正确。 例2：当火车进站鸣笛时，我们可听到的声调（ A ） A．变高