第三章 第四节 多普勒效应（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第四节　多普勒效应 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道多普勒效应，认识波源与观察者靠近或远离时波的频率的变化． 2．理解多普勒效应产生的原因． 3．知道多普勒效应在科学技术上的应用. 1.物理观念：多普勒效应． 2．科学思维：通过模拟实验弄清多普勒效应的原理． 3．科学探究：通过演示实验认识多普勒效应． 4．科学态度与责任：多普勒效应在“测速仪”、“彩超”、“宇宙学”方面的应用. 一、认识多普勒效应 1．定义：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象． 2．多普勒效应产生的原因 (1)当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观察到的频率等于波源振动的频率． (2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小． [判断] (1)多普勒效应是波源与观察者相对运动形成的．(√) (2)当观察者远离波源运动时会观察到波的频率变大．(×) (3)星球远离地球时，在地球上测得的光波频率变小．(√) 二、多普勒效应的应用 1．测速仪：交通警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． 2．彩超：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，就可得血流速度． 3．跟踪人造地球卫星和测星球速度：卫星经过跟踪站上空，地面接收到的信号频率就会先增大后减小．测量星球上某些元素发出的光波的频率．然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球的速度． [思考] 如图，飞机由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中，我们所听到的音调会发生怎样的变化？为什么？ 提示　波源与观察者距离的变化会引起接收频率的变化，频率的变化会引起音调的变化，由于飞机离我们先变近后变远，所以音调先变高后变低． 探究点一　多普勒效应的理解 由于波源匀速运动，产生的波的多普勒效应图样如图所示．则观察者在A处接收到的波的频率等于波源振动的频率吗？ 提示　大于波源的频率． 1．波源频率：波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波．频率表示单位时间内完成的全振动的次数．因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数． 2．接收频率：(1)波源和观察者相对静止．观察者接收到的频率等于波源的频率． (2)波源和观察者有相对运动．观察者在单位时间内接收到的完全波的个数发生变化，即接收到波的频率发生变化． 波源与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小． 3．音调：音调由频率决定，频率高则音调高，频率低则音调低．观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数决定的． (多选)如图，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是(　　) A．振针向右移动 B．振针向左移动 C．在A处的观察者，接收到的水波频率变小 D．在A处的观察者，接收到的水波频率变大 AC　[振针(波源)前进方向上的水波变得密集，在其前进方向的反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于声源远离在A处的观察者，观察者接收到的水波波长变长，频率变小，故A、C正确，B、D错误．] [训练1]　(多选)当人听到声音的频率越来越低时，可能的原因是(　　) A．声源和人都是静止的，声源振动的频率越来越低 B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，声源振动的频率不变 C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，声源振动的频率不变 D．人静止，声源远离人做匀减速直线运动，声源振动的频率不变 AC　[人听到的声音的频率越来越低，声源远离观察者，且远离的速度越来越大，也就是加速远离．所以A、C正确．] 探究点二　多普勒效应的应用 美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验．科学家发现，当卫星向近地点运动时返回的信号频率增加，卫星向远地点运动时返回的信号频率降低． (1)波源的频率由谁决定？ (2)观察者接收到的频率与哪些因素有关？ 提示　(1)由波源决定． (2)观察者接收到的频率与波源的频率、波源与观察者的相对运动有关． 相对运动对接收频率的影响 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止 f波源＝f观察者，音调不变 波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B，则f波源<f观察者，音调变高；若远离波源，由A→C，则f波源>f观察者，音调变低 观察者A不动，波源S运动，由S→S2 f波源<f观察者，音调变高 公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在