3.4 多普勒效应及其应用 课件-2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

第三章 机械波 第四节 多普勒效应及其应用 1 新课导入 你是否注意过这样的现象？当救护车鸣笛从你身边飞速驶过时，听到的鸣笛声的音调会发生变化。救护车向你驶来时，音调变高；离你而去时，音调变低。听到的声音的音调为什么会发生变化？ 2 多普勒效应 3 情境导入 飞机飞近时，轰鸣声越来越尖锐 飞机飞远时，轰鸣声越来越低沉 听飞机声音的变化 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 听列车声音的变化 4 新课讲解 多普勒效应 现象：当火车向你驶来时，感觉音调变高；当火车离你远去时，感觉音调变低。（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低） 多普勒效应：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应. 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上面描述的现象 问题：为何有这样的现象？ 5 实验探究 多普勒效应 用蜂鸣器等器材制作一个发声装置，可演示多普勒效应。为了保证安全，可将发声装置装入网球中，用结实的绳子捆绑好并在室外进行实验。 甲同学站在某位置，手持系有发声装置的绳子一端，使发声装置在头顶上空快速转动。此时，乙同学站在离甲同学几米之外的位置上静止不动。甲、乙两同学听到蜂鸣器发出的声音音调有什么变化? 当甲同学听到音调不变化， 乙同学听到音调变化 蜂鸣器 6 新课讲解 ①波源振动频率f： ②观测者接收的频率f ′ : 几个基本概念 究竟波源的频率和观测者接收到的频率关系如何？ 波源每进行一次全振动，就向外发出一个波，称为一个完全波，波源的频率就等于单位时间内发出的波的个数。 单位时间内观测者接收的完整波的个数。它决定了观察者听到的声音的音调。 7 实验探究 模拟多普勒效应 为了进一步理解多普勒效应，可做这样一个模拟实验(图3-40):让一队人沿街行走，当观察者站在街旁不动时，每秒钟有三个人从他身边经过。 这种情况下，观察者接收到的“频率”是每秒三人，如果观察者逆着队伍前进方向行走，那么每秒内与观察者相遇的人数就会增加，也就是观察者接收到的“频率”增大。 点击播放视频 8 新课讲解 模拟多普勒效应 9 新课讲解 （1）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。 f ′ = f （2）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 ′ > f （3）当观察者与队伍同向行走且速度比队伍的小时，数经过的队伍中的人数，每分钟将小于30个人经过。 f ′ < f 模拟多普勒效应 10 新课讲解 多普勒效应产生的原因 0 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 波源发出 观察者接收 结论一 波源的频率一定时，若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. 1.当波源和观察者相对静止时 点击播放 注意观看静等10s 11 新课讲解 0 0 0 1 2 3 4 5 1 2 6 7 8 靠近波源 远离波源 1 2 3 4 5 波源发出 观察者接收 观察者接收 波源的频率一定时，若波源静止，当观察者靠近波源时，观察者接收到的频率增大，当观察者远离波源时，观察者接收到的频率减小. 结论二 2.波源静止，观察者运动 点击播放 注意观看静等10s 多普勒效应产生的原因 12 新课讲解 0 0 0 1 2 3 4 5 1 2 6 7 8 靠近观察者 远离观察者 1 2 3 4 5 波源发出 观察者接收 观察者接收 波源的频率一定时，若观察者静止，当波源接近观察者时，观察者接收到的频率增大，当波源远离观察者时，观察者接收到的频率减小. 结论三 3 3.观察者静止，波源运动 点击播放 注意观看静等10s 多普勒效应产生的原因 13 新课讲解 波源的运动情况 观察者运动情况 频率的关系 波源静止 观察者静止 观察者接收频率 波源的频率 波源静止 观察者朝着波源运动 波源静止 观察者远离波源运动 波源朝着观察者运动 观察者静止 波源远离观察者运动 观察者静止 等于 大于 大于 小于 小于 运动和频率的关系 14 想一想 只要观察者与波源发生相对运动，就会产生多普勒效应，观测到的频率就大于波源振动的频率，这种说法对吗？为什么？ 多普勒效应是观察者与波源间的相对距离发生变化时产生的。 不对，如果观察者绕着波源做圆周运动，虽然两者间发生了相对运动，但观察者接收的频率与波源发出的频率依然相等，并未发生多普勒效应。 15 小结 观察者感觉到波变得密集，即波长减小，接收到的频率增大。 观察者感觉到波变得稀疏，即波长增大，接收到的频率减少。 ①波源朝观察者运动时 ②波源远离观察者运动时 注意： 多普勒效应是观察者接收到的波的频率发生了变化，而波源发出的波的频率并没有改变。 多普勒效应成因小结 16 多普勒效应的应用 17 新课讲解 1.雷达测速仪：向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是红外线），波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度。 18 2.测血液流速(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液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。 经颅多普勒检查 彩超 19 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远离我们的速度。 天眼利用多普勒效应观察其他星系 3.观察星球的运动 20 新课讲解 3.观察星球的运动 距离不变 相互远离 相互靠近 观测的频率小于静止时发光频率 观测的频率大于静止时发光频率 观测的频率等于静止时发光频率 “蓝移” “红移” 21 小试牛刀 【典例1】（多选）下列哪些现象属于多普勒效应(　　) A.远去的汽车声音越来越小 B.炮弹迎面飞来,声音刺耳 C.火车向你驶来时,音调变高;驶离你而去时, 音调变低 D.大风中, 远处人的说话声时强时弱 【正确答案】BC 22 小试牛刀 【典例2】（多选）下列哪些现象属于多普勒效应(　　) A．利用地球上接收到的遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度 B．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的电磁波频率发生的变化，就能知道汽车的速度，以便于进行交通管理 C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声就能判断飞行的炮弹是接近还是远去 【正确答案】ABD 23 小试牛刀 【典例3】公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速(　　) A．高于100 km/h　　 B．低于100 km/h C．等于100 km/h D．无法确定 【正确答案】A 24 小试牛刀 【典例4】超声波是一种频率高于20000Hz的声波，波长很短，广泛应用于生活与生产实践．关于超声波及应用，下列说法中正确的是（　　） A．在同种介质中，超声波的速度大于次声波的速度 B．超声波的频率越高衍射本领越强 C．高速公路上的测速仪发出超声波波长大于所接收波的波长，说明此时车正在靠近测速仪 D．“彩超”检查身体时，超声波迎着血液流动方向发射，仪器接收到的反射回波的频率低于其发射的超声波的频率 【正确答案】C 25 多普勒效应 多普勒效应是波共有的特征，机械波、电磁波都可以发生多普勒效应. 本课小结 1 26 当堂检测 1.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动，以u表示声源的速度，v表示声波的速度，且u<v，f 表示接收器接收到的频率。若u增大，则(　　) A. v增大　f 增大 B. v增大　f 不变 C. v不变　f 增大 D. v减小　f 不变 C 27 解析：在发生多普勒效应时，声源发出声音在介质中的传播速度是不变的，声源的频率也是不变的，只有接收者收到声音的频率发生变化，故选项C正确。 28 2.(多选)上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端后迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是(　 　) A．旋转时蜂鸣器发出的频率变化了 B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率 C．蜂鸣器音调变高时，一定是向靠近观察者的方向运动 D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的  BC 29 解析：由多普勒效应知蜂鸣器的频率并没有发生变化，只是同学们感受到的频率发生了变化，当二者靠近时，听到的音调变高，故A错，B、C对．当发生波的干涉时，是声音的强弱发生变化，而不是频率发生变化，故D错． 30 谢谢 31 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.46.101 $$