3.5 多普勒效应 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第5节 多普勒效应 人教版选择性必修第一册 第三章 动量守恒定律 新知导入 仔细听急救车的鸣笛声,你会发现一个现象:当车从你身边疾驰而过的时候,鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事? 新知导入 飞机飞近时,轰鸣声越来越尖锐; 飞机飞远时,轰鸣声越来嘶哑。 听声音的变化 (频率高) (频率低) 列车靠近时,鸣笛声越来越尖锐; 列车远离时,鸣笛声越来越低沉。 (频率高) (频率低) 同一声音为什么会产生不同的听觉效果?么呢? 1982年,奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似上面描述的现象。他经过认真的研究,发现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。人们把这种现象叫作多普勒效应。 新知讲解 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(图3.5-1 ),在几米之外听它的声音有什么变化。 图3.5-1蜂鸣器音调的变化 要了解多普勒效应,可以做如下的模拟实验。让一队人沿路行走,观察者站在路旁不动,假设每分钟有30个人从他身边通过(图3.5-2甲),这种情况下的“过人频率”是30人/分。如果观察者逆着队伍行走,每分钟与观察者相遇的人数增加,也就是频率增加(图3.5-2乙);反之,如果观察者顺着队伍行走,频率降低。 多普勒效应 图3.5-2 多普勒效应的模拟实验 甲 乙 丙 观察者静止不动,数经过的队伍中的人数,每分钟假设有30个人经过。这种情况下的“过人频率”是30人每分。在这个模拟实验中,人不表示介质中的质点,只代表传播中的波峰或波谷,于是“过人频率”就代表波的频率。 f测 = f源 v测 = 0 ①观测者静止 当观察者逆着队伍行走时,数经过的队伍中的人数,每分钟将大于30个人经过。 f测 > f源 v测 ②观测者靠近波源 当观察者逆着队伍行走时,数经过的队伍中的人数,每分钟将小于30个人经过。 f测 < f源 v测 ③观测者远离波源 我们可以这样理解声波的多普勒效应:当波源与观察者相对静止时,1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观察者观测到的频率等于波源的频率;当波源与观察者相互接近时,1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,观察者观测到的频率增加;反之,当波源与观察者相互远离时,观测到的频率变小。 多普勒效应的现象: ①观察者与波源均相对于介质静止时: ②观察者与波源相互接近时: ③观察者与波源相互远离时: 多普勒效应是波特有的现象: 不仅机械波,电磁波和光波也会发生多普勒效应。 多普勒效应的形成原因: 声源完成一次全振动,向外发出一个波长的波,频率表示单位时间内完成的全振动的次数,因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。 而接收者听到的声音的音调,是由接收者接收到的频率决定的,即单位时间接收到的完全波的个数决定的。 (1)观察者靠近波源运动 (2)观察者远离波源运动 ①波源不动,观察者相对波源运动 ②观察者不动,波源相对观察者运动 (1)波源靠近观察者运动 (2)波源远离观察者运动 多普勒效应中观测频率的计算 思考讨论 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副如图3.5-3所示的照片,显示出此时波的图样。有照片是否可知,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? 图3.5-3 例题 例:公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,在同一车道上警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波,如果该超声波被那辆轿车反射回来时,警车接收到的超声波频率比发出时低,说明那辆轿车的车速( ) A、等于100km/h B、低于100km/h C、高于100km/h D、无法确定 C 新知讲解 二、多普勒效应的应用 ①交通警察利用多普勒效应测速。 ②利于多普勒测速仪测量水在海底的流速,为养殖场寻找合适贝类生长的场所。 ③医疗:医院里用超声波,通过测定反射波的频率变化,可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。 ④用多普勒效应测量其它星系向着还是远离地球运动的速率。 ⑤应用多普勒效应还可以跟踪人造地球卫星。 ⑥军事应用:多谱勒导航仪、脉冲多普勒雷达等。 总结提升 多普勒效应 多普勒效应 现象 形成原因 多普勒效应的应用 应用 课堂检测 【练习1】下面说法中错误的是( ) A、发生多普勒效应时,波源的频率变化了 B、多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的 C、多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 D、发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生了变化 A 课堂检测 【练习2】关于多普勒效应,下列说法正确的是( ) A、只有声波才可以产生多普勒效应 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的干涉引起的 D、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 【练习3】(多选)火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静止时、观察者也静止时,观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下那种情况中,观察者听到这个乐音的音调比原来高( ) A、观察者静止,火车向他驶来 B、观察者静止,火车离他驶去 C、火车静止时,观察者乘汽车向着火车运动 D、火车静止时,观察者乘汽车远离火车运动 AC 课堂检测 课堂检测 【练习4】一辆汽车沿着与峭壁垂直的公路向峭壁驶去,当汽车与峭壁相距s=360m时,司机按响喇叭,经过2s,他听到了回声,求汽车行驶的速度。(v声=340m/s) 20m/s 1、教材81页练习与应用; 2、对应章节练习册。 课后作业 谢谢大家! Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 $$