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

教学设计 课程基本信息 学科 高中物理 年级 高二 学期 秋季 课题 3.5多普勒效应 教科书 书 名：物理选择性必修第一册 教学目标 1.物理观念：通过实验认识多普勒效应。 2.科学思维：能解释多普勒效应产生的原因。 3.科学探究：能用多普勒效应解释有关问题。 4.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。 教学内容 教学重点： 理解多普勒效应现象的产生原因。 教学难点： 波源与观察者发生相对运动时，观察者接收到的频率变化的分析。 教学过程 【引入新课】 生活中的现象：仔细听救护车的鸣笛声，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。 生：观看救护车视频，听警报声的音调变化。 师：这个现象在历史上就有人注意到了，人们 把这种现象叫做多普勒效应。 一.多普勒效应 1842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。人们把这种现象叫做多普勒效应。 师：同学们想要了解多普勒效应，可以从以下的问题开始。 问题1：在多普勒效应中提到了音调与频率，那么它们有着怎么样的关系呢？ 答案：音调由频率决定。频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。 问题2：波源与观察者发生相对运动时，为什么频率会发生变化呢？ 为了解决这个问题，我们可以来做一个模拟实验。 模拟实验如图所示： 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（如图甲所示），这种情况下的“过人频率”是30人每分。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（如图乙所示）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（如图丙所示）。 从模拟实验可知： 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，一秒内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观测到的频率等于波源振动的频率；当波源与观察者相互接近时，一秒内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，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。 师：这是我们从模拟实验中得到的结论，那么我们能否用实验来验证呢？接下来让我们来看水波的多普勒效应实验。 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？ 生：观看视频。 实验照片 实验视频1 实验视频2 答案：①振动片正在向左运动； ②水波槽左边接收完全波个数多。 师：对多普勒效应的理解： 1.明确两个频率： ①波源的频率：单位时间内波源发出完全波的个数。 ②接收到的频率：单位时间内观察者接收到完全波的个数。 2.当波源与观察者相互接近时，观察者接收到的频率增大；相互远离时，观察者接收到的频率减小；距离不变时，观察者接收到的频率也不变（例如：二者同速同向运动、波源绕观察者做圆周运动接收到的频率都不变） 3.注意：在多普勒效应中，波源的频率是不变的，只是观察者接收到的频率发生了变化。 多普勒效应也是波特有的现象，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。 4.波速不变，根据v＝λf可知，频率f发生变化，波长λ也相应变化。 师：请同学们观看多普勒效应的小动画，它能够帮助同学们理解多普勒效应。 二．多普勒效应在生活中的应用： 1、交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。 2、装有多普勒测速仪的监视器可以装在公路上方，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。 3、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。 4、医生向人体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、大脑和眼底血管等的病变。 5、理论和实验都证明，光波或电磁波都有多普勒效应，多普勒效应在科学技术中也有着广泛的应用。宇宙中的星球都在不停地运动。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，就可以算出星球靠近或者远离我们的速度。 生：学生观看和第5个应用有关的科技前沿的视频。 课堂小结 一.认识了多普勒效应。 二 .分析了多普勒效应产生的原因。 三.知道了多普勒效应在生活中的应用。 课堂练习： 1．(多选)下列关于多普勒效应的说法，正确的是( ) A.医院检查身体的“彩超”仪运用了多普勒效应。 B.不仅机械波会发生多普勒效应，电磁波也会。 C.由地球上接收到遥远天体发出的光波发生“红移”现象(各条谱线的波长均变长)，可以判断遥远天体正靠近地球。 D.静止的观察者听到某个单一频率声源发出的声音频率越来越高，说明声源正在远离观察者。 【解析】 容易判断的选项是ABD，其中AB是正确的；有难度的选项是C，根据v＝λf，光速v不变，波长λ变长，则频率f变小，那么“红移”现象中光波频率变小，因此遥远天体正在远离地球，故选项C错误。【答案】 AB 2．(多选)一频率为600Hz的声源以20rad/s的角速度沿一半径为0.8m的圆周(圆心为O点)做匀速圆周运动,一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止,如图所示,则观察者接收到( ) A.声源在A点时发出声音的频率大于600Hz。 B.声源在B点时发出声音的频率等于600Hz。 C.声源在C点时发出声音的频率小于600Hz。 D.声源在D点时发出声音的频率小于600Hz。 【解析】本题有难度。当声源在A点时，它的速度VA在AP连线上有分速度，且指向P点，说明声源在靠近观察者，则接收到的频率变大。同理，声源在C点时，接收到的频率变小。当声源在B点时，它的速度VB垂直于BP连线，在BP连线上没有分速度，说明声源既没有靠近观察者，也没有远离观察者，那么接收到的频率不发生变化。同理，D和B的情况一样。 【答案】 ABC 师：同学们再见。 学科网（北京）股份有限公司 $$