20 第三章 5.多普勒效应-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册同步课件(人教版2019)

第三章　机械波 5．多普勒效应 整体感知·自我新知初探 [学习任务]　1．知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。 2．培养利用控制变量法探究问题的能力。 3．了解多普勒效应在实际生活中的应用。 5．多普勒效应 [问题初探]　问题1．多普勒效应指什么现象？ 问题2．多普勒效应有哪些应用？ [自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 探究重构·关键能力达成 1．定义：波源与观察者相互__________时，接收到的波的____都会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。 知识点一　多普勒效应 靠近或远离 频率 5．多普勒效应 2．产生原因 (1)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目____，观察者观测到的频率____。 (2)波源与观察者相互远离时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目____，观察者观测到的频率____。 增加 提醒：无论波源与观察者间是否有相对运动，是否发生多普勒效应，波源发出的波的频率不变，改变的仅是接收的波的频率。 变大 减少 变小 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 (选自教科版教材)在水波槽中，当振动片振动时，固定在振动片上的金属丝周期性触动水面，形成水波。当波源在水面上移动时，观察所产生的现象。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 如图所示，当波源在水面上移动时形成了不同圆心的圆形波纹。在波源前进的方向上，波纹压缩，波长变短，因此运动波源前方的观测者(波源接近观测者)测得的水波频率变大；在波源后方，波纹间距变大，波长变长，因此在波源后方的观测者(波源远离观测者)测得的水波频率变小。 问题　多普勒效应中实际波源的频率变了吗？ 提示：没有。 是观察者接收到的频率变了。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 1．多普勒效应的成因：发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动。 2．相对位置变化与频率的关系(规律) 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止，如图所示 f波源＝f观察者，音调不变 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 相对位置 图示 结论 波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示 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，如图所示 f波源＜f观察者，音调变高 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 【典例1】　(对多普勒效应的判断)如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。 (1)该图表示的是(　　) A．干涉现象 B．衍射现象 C．反射现象 D．多普勒效应 (2)波源正在移向(　　) A．A点　　B．B点　　C．C点　　D．D点 √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 (3)观察到的波的频率最低的点是(　　) A．A点 B．B点 C．C点 D．D点 思路点拨：本题主要是对多普勒效应的分析，判断问题时必须明确以下几点：(1)常见的波动现象有哪些？(2)怎样根据波形判断波源的移动方向？(3)波源的移动对观察到的波的频率有何影响？ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 [解析]　(1)由于题图所示波源左方的波面密集，右方的波面稀疏，可知该图表示的是多普勒效应中波源运动的情况，即D选项正确。 (2)由于波源左方的波长被压缩，右方的波长被拉长，可知波源正在移向A点，即A选项正确。 (3)由于波源远离B点，由题图分析可知在B点观察到的波的频率最低，即B选项正确。 规律方法　多普勒效应的判断方法 (1)确定研究对象(波源与观察者)。 (2)确定波源与观察者是否有相对运动，若有相对运动，则发生多普勒效应；否则不发生。 (3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率均不变。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 【典例2】　(多普勒效应的分析)(多选)如图所示，小球P一边贴着水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动，x＝0处是它的初始位置，图示为恰经10个周期时观察到的水面波。则下列说法正确的是(　　) A．位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz B．位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz C．水面波的传播速度是0.2 m/s，小球匀速移动的速度是0.1 m/s D．水面波的传播速度是0.4 m/s，小球匀速移动的速度是0.2 m/s √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 AC　[小球每秒振动5次，所以波的频率为 5 Hz, 小球沿x轴正方向匀速移动，根据多普勒效应规律可知，位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5 Hz，位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率小于 5 Hz, 所以A正确，B错误；小球的振动周期为T＝ s＝0.2 s，小球振动10个周期所用的时间为t＝10T＝2 s，小球的速度为v1＝＝ m/s＝0.1 m/s，水面波的传播速度为v＝＝ m/s＝0.2 m/s，所以C正确，D错误。] 1．测量汽车速度：交通警察向行进中的车辆发射____已知的超声波，同时测量______的频率，根据反射波________的多少就能知道车辆的速度。 2．测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的____，然后与地球上这些元素____时发光的频率对照，可得星球的速度。 3．测血液流速：向人体内发射____已知的超声波，超声波被血管中的血流____后又被仪器接收，测出反射波的________，就能知道血流的速度。 知识点二　多普勒效应的应用 频率 反射波 频率变化 频率 静止 频率 反射 频率变化 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 利用如图所示的卫星跟踪站，人们可以跟踪人造地球卫星。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 问题1　人们怎样利用卫星跟踪站观测卫星？ 提示：一旦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，人们根据接收到的信号频率变化来观察卫星。 问题2　人们发现星球光谱的频率在变小，说明什么问题？ 提示：说明星球正在远离地球。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 【典例3】　(对多普勒效应的理解)(多选)火车鸣笛，当观察者听到鸣笛声的音调比声源发出来的音调降低时，下列判断可能正确的是 (　　) A．观察者静止，火车向他驶来 B．观察者静止，火车离他远去 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 √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 BD　[根据多普勒效应可知，当波源和观察者间的距离变小时，观察者接收到的频率比波源的频率高，当波源和观察者间的距离变大时，观察者接收到的频率比波源的频率低。由于观察者听到鸣笛声的音调比原来低，所以观察者接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大，B、D正确。] 【典例4】　(多普勒效应的应用)(多选)下面实例中利用了多普勒效应的是(　　) A．利用地球上接收到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时，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理 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啸声判断飞行炮弹是接近还是远去 √ √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 ABD　[利用光波的多普勒效应可以测定遥远天体相对于地球的运动速度，A选项正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应可求出运动物体的速度，B选项正确；铁路工人根据铁轨振动的强弱而非频率的高低来对列车的运动做出判断，C选项错误；炮弹飞行时与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，D选项正确。] 应用迁移·随堂评估自测 1．(多选)下列选项与多普勒效应有关的是(　　) A．科学家用激光测量月球与地球间的距离 B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速 C．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度 D．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度 √ √ √ 5．多普勒效应 BCD　[科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用激光的平行度好，故A错误；医生利用超声波探测病人血管中血液的流速是利用声波的多普勒效应，故B正确；交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度是利用超声波的多普勒效应，故C正确；科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度是利用光的多普勒效应，故D正确。] 2．(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学感受到声音变化的说法正确的是(　　) √ A．女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高 B．女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高 C．女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调 不变 D．女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调 变低 √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 AD　[由题图可知，女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就在靠近声源，根据多普勒效应，她接收到的哨声频率变高，音调变高；反之女同学向左运动时，她感受到音调变低，A、D正确，B、C错误。] 3．如图所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处静止的人感受到的声波的频率为f2，则(　　) A．f1＜f，f2＜f　 B．f1＜f，f2＞f C．f1＞f，f2＞f D．f1＞f，f2＜f √ 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 D　[由题意可知，声源靠近A处的人，由多普勒效应可知，A处的人接收到声波的频率变大，即f1>f；同理可知B处的人接收到声波的频率变小，即f2<f，选项D正确。] 回归本节知识，完成以下问题： 1．为什么会产生多普勒效应现象？ 提示：观察者与波源存在相对运动。 2．发生多普勒效应时，波源的频率发生变化了吗？ 提示：没有变化。 3．多普勒效应的产生与观察者距波源的远近有关吗？ 提示：无关。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 阅读材料·拓宽物理视野 宇宙学中的多普勒效应 20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v＝H0r，H0为哈勃常数。根据哈勃定律和后来更多天体光谱红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，宇宙的密度一直在变小。反推可以想象，宇宙 5．多普勒效应 在很久以前并没有现在这么大，最初它可能很小。因此，伽莫夫和他的同事们提出了大爆炸宇宙模型，认为是一个极点大爆炸后，经长期地膨胀和演化而形成今天的宇宙。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被人们接受。 具有波动性的光也会出现多普勒效应，这被称为多普勒—斐索效应，它使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家威廉·哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度)，得出了46 km/s 的速度值。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 问题 1．多普勒效应是什么现象？ 提示：当波源与观察者发生相对运动时，接收到的波的频率发生改变的现象。 2．发生多普勒效应时波源的频率是否发生了变化？ 提示：没有。 整体感知 探究重构 应用迁移 阅读材料 5．多普勒效应 $$