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

第三章 机械波

 第5节 多普勒效应

安徽省临泉第一中学  郭雪鹏

一、     教学内容分析

《多普勒效应》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修1模块”机械振动与机械波”主题下的内容。课程标准要求为：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。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：可以在单音频信号发生器的一端系上绳子，快速旋转绳子使信号发生器做圆周运动，让学生听音调的变化。也可以利用视频，播放鸣笛的火车、汽车等交通工具驶过我们身边时的录像，让学生听音调的变化。在感知这些现象的基础上，引导学生应用所学过的波的知识，对多普勒效应产生的原因做出解释。多普勒效应有多种用途，如交通警察利用超声波测量车速，医生利用彩超诊断疾病等，可以让学生查阅资料了解多普勒效应的应用。

本节课通过生活现象（如急救车鸣笛音调变化）引入概念，结合模拟实验（蜂鸣器旋转、行人队列模型）分析波源与观察者相对运动对频率的影响，并拓展至多普勒效应在交通测速、医学诊断（彩超）及天文观测中的应用。教材注重从现象到本质的探究过程，强调理论与实践结合。

二、     学情分析

学生已掌握机械波的传播特性（频率、波长、波速关系）对波的干涉、衍射现象有一定了解。在生活中初步接触过多普勒效应现象，但不了解多普勒效应概念和造成现象的原因。高二学生抽象逻辑思维逐步增强，但多普勒效应中“相对运动导致频率变化”的抽象性仍可能造成理解困难。需通过直观实验、类比模型（如行人队列）降低思维难度，并结合生活实例增强感性认识。

三、     教学目标

1. 物理观念：理解多普勒效应的现象及成因，掌握波源与观察者相对运动对接收频率的影响规律。
2. 科学思维：能用波的传播模型解释多普勒效应，通过类比推理构建相对运动的频率变化逻辑。
3. 科学探究：通过实验观察蜂鸣器旋转音调变化，设计模拟实验探究频率变化的规律。
4. 科学态度与责任：认识多普勒效应在科技中的应用价值，体会物理学对技术发展的推动作用。

四、     教学重难点

教学重点：

1. 多普勒效应的现象及成因分析

2.波源与观察者相对运动对接收频率的影响规律

教学难点：

1.从波的传播模型中抽象出相对运动导致的频率变化

2.应用多普勒效应解释实际情境（如彩超、测速仪）

教学方法：实验探究法、问题导学法、小组讨论法、多媒体辅助

五、     教学过程

环节1：创设情境，引入问题

教师活动：播放急救车鸣笛从远处靠近观测者到远离观测者的运动视频。

提问：听到的笛声有何变化？

学生活动：观察现象。靠近观测者时，声音响度变大，音调升高；远离观测者，声音响度变小，音调变低。

设计意图：激发兴趣，引出多普勒效应的核心问题。

环节2：实验探究，分析规律

教师活动：演示蜂鸣器旋转实验，学生对比静止与转动时的音调差异。

   

蜂鸣器静止                  蜂鸣器旋转运动

学生活动：记录实验现象，归纳波源与观察者相对运动与频率变化的关系。

提出问题：蜂鸣器旋转运动，音调有何变化？蜂鸣器运动到哪个位置？音调比较高？此时是靠近观测者还是远离观测者？蜂鸣器运动到哪个位置音调较低？此时是靠近观测者还是远离观测者？

学生活动：蜂鸣器运动到左侧，即靠近观测者，音调高；运动到右侧，即远离观测者，音调较低。

归纳总结：(1)波源或观察者的运动造成的观测频率与波源频率不同的现象称作多普勒效应.(2)波源与观察者相互靠近，观测频率大于波源频率；波源与观察者相互远离，观测频率小于波源频率。

设计意图：通过实验与模型建立直观认知，突破抽象难点。

环节3：理论推导，深化理解

模型1：波源运动，观测者静止

教师活动：用多媒体投影飞机运动时，波峰的变化情况。飞机前方波的波长变小，飞机后方波的波长变大。(与飞机静止不动时发出的波的波长比较)

学生活动：观测者相对于介质不运动，对波源前方或后方的观测者，波速是相同的。