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

飞机速度接近音速时就会追上自身发出的声波，飞机发出的沿前进方向传播的声波在飞机前方变得非常密集，空气压强变得很大，能量非常集中，出现一个界面。界面两侧气体的压强的突变导致了“音爆” 高中物理学教评一体化学习设计 编者：秦海霞 审核: 高二物理组 日期： 3.5多普勒效应 【课标要求】 通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。 【学习目标】 1.通过实验了解多普勒效应及其产生的原因，知道多普勒效应是波特有的现象。 2.知道多普勒效应的简单应用。 【课堂导入】 波特有的现象有：___________________________________________________________ 【问题体验】 1.观看视频,消防车、火车、电瓶车鸣笛的过程中,共同特征：_________________________ 靠近观察者的时候,声音变得________。远离观察者的时候，声音变得________。 2. 描述声音的三个要素是_____________________________，你听到的是声音的_______发生了变化。靠近和远离观察者的时候，音调变____、接受到的频率变____。远离的时候_____变低、______的频率变小。波源实际发出的频率____变，因为频率由_____的振动决定。多普勒在和他女儿散步的时候,也注意到了这个现象。他对之详细研究，总结了具体的现象，我们把这种现象称为__________效应。 3. 我们可以借助手机来研究这个现象。 演示实验:准备两部装有 phyphox的手机。打开声音频率项目,用手机A发出声音,用手机B接收声音,并将手机B屏幕投影至教室电脑屏幕上。在教室里拉一根长3米、高度差为2米的绳子。将手机 A 放在网袋中,打开软件,从绳子高的一端释放。在手机B上打开软件,将手机B放在绳子中同位置接收信号。学生观看电脑屏幕上声音频率的变化。 A的运动情况 B的运动情况 频率关系 A静止 B静止 B接收到的频率 A的频率 A静止 B朝A运动 A静止 B远离A运动 A朝B运动 B静止 A远离B运动 B静止 4.除了声波有多普勒效应，水波、电磁波也有类似的现象。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。如何解释这个现象呢?请你建立模型解释多普勒效应的成因。 5.波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，______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整波的________。沿振源移动的方向,波长变____。逆______移动的方向,波长变长。波速不变，那么单位时间内是水波槽左边接收完全波个数____于右边接收完全波个数,则左边接收的频率____于右边接受的频率。 6. 请你根据水波波长的画法,用实线来模拟声波的波峰,尝试用图像表达声波的多普勒效应的成因。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）如图波源S和观测者A都不动，设波源频率为20 Hz，则波源每秒发出 20个完整波，观测者每秒接收到 20个完整波，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率_____同。 （2）波源S不动，观测者在1s内由位置A移至位置 B, A、B相距一个波长波源每秒发出20个完整波，但观测者每秒接收到_____个完整波，表明测得的频率____于波源振动的频率，请在图中画出远离的情景。 （3）图3-40所示描述了由波源发出的波的波峰经过四个周期在空间的分布，图中圆点表示波源，圆形实线表示波峰。某时刻波源发出的波的波峰是以该时刻波源位置为圆心的圆。波峰向外扩展的同时，波源也沿直线运动，在波源的运动方向上，不同时刻发出的波峰间距减小，而相反方向则增加。可见，波源向着观察者运动时，波源与观察者连线方向上的波峰间距将被压缩，波长变___。但由于波速不变，观察者在单位时间内接收到的波峰数______，即接收到的频率___于波源的频率;反之，波源远离观察者时，波源与观察者连线方向上的波峰间距将被_____，波长增大，观察者在单位时间内接收到的波峰数_____，接收到的频率____于波源的频率。你还可以试着分析一下波源和观察者同时运动，看能得出什么结果？ 【归纳总结】多普勒效应： 1.多普勒效应: 波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的________都会发生变化的现象． 2．波源的频率与观察者接收到的频率 （1）波源的频率等于_________时间内波源发出________的个数。（2）观察者接收到的频率等于观察者__________时间内接收到的________的_________。 （3）在波源和观察者之间有相对运动时，虽说观察者接收（感觉）到的频率发生了________，但波源发出的频率并__________。 3．多普勒效应产生原因 当波源与观察者相互接近，观察者接收频率变______，音调变______，反之若波源远离观察者，观察者接收频率变______，音调变______。（高或低） 【问题体验2】 1．有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢。1．有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声变的平和判断火车的正在______。有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声越来越尖锐说明飞行的炮弹正在______。 2．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的_______波，波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率变高，由此可知道汽车正在_______并能计算出它的速度。 3．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___射后又被仪器接收，测出反射波的______变化，就能知道血流的速度。这种方法俗称“______”，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。 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，然后跟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。 天文观测表明，几乎所有远处的恒星（或星系）都以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是说，宇宙在膨胀。不同星体的退行速度和它们离我们的距离r 成正比，即v = Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观测者测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一次大爆炸开始形成的，假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体离我们越远。由上述理论和天文观测结果，可估算出宇宙年龄。请写出宇宙年龄的计算式。根据近期观测，哈勃常数 H = 3×10-2 m·s -1 ·l ·y ·-1 ，其中 l.y. 为光年，指的是光在一年中行进的距离，请由此估算宇宙年龄。 【巩固提升】 1.为了理解多普勒效应，可以设想一个抛球的游戏（图3.5-5）。设想甲每隔1s向乙抛一个球，如果甲、乙都站着不动，乙每隔1s接到一个球。如果甲抛球时仍然站着不动，而乙以一定速度向甲运动，这时乙接球的时间间隔是否还是1s？如果乙靠向甲的速度增大，乙接球的时间间隔是否会有变化？ 2.火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下哪种情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来低？请解释原因。 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，观察者乘汽车向着火车运动 D.火车静止，观察者乘汽车远离火车运动 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ ( 2-5- 2 ) ( 3-5- 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$