5. 多普勒效应（培优教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

第三章 机械波 选择性必修一•人教版 5.多普勒效应 “隔墙有耳”“一石激起千层浪”……我们对这些现象耳熟能详，它们都与波动有关。测绘科技人员利用声呐绘制海底地形图，医生用“B超”诊断疾病，狂风巨浪使船舶颠簸，地震波对建筑物造成破坏…… 种种现象表明:波既能传递信息，又能传递能量。 多姿多彩的波有许多共同的特征和规律，我们应该很好地认识波，以便更好地利用波，或预防和减轻波所造成的破坏。 导入新课 从你身边疾驰而过的车辆鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事？ 物理观念 理解多普勒效应的概念，知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别。 科学思维 通过对多普勒效应产生原因的分析，培养科学推理和科学论证能力，提高逻辑思维水平。 科学探究 经历观察、提出问题、实验探究、分析论证等过程，探究多普勒效应的产生原因，培养科学探究能力和创新精神。 科学态度 与责任 了解多普勒效应在实际生活中的应用，认识到科学技术对社会发展的重要作用，增强将科学知识应用于实际的意识和责任感。 学习目标 重点难点 重点 波的叠加原理和干涉现象。 难点 产生稳定干涩图样的条件。 一、多普勒效应 5.多普勒效应 一、多普勒效应 观看视频并思考：当救护车、火车、飞机从身边疾速通过的时候，它们远离的过程中的鸣笛或轰鸣声的音调有什么变化？ 现象：声源靠近时音调较高；声源远去时，音调变低。 （音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低）． 一、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）． 即：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。 一、多普勒效应 思考：描述在竹竿旋转过程中声音的变化？ 演示：蜂鸣器音调的变化 一、多普勒效应 ①波源振动频率f： ②观测者接收的频率f ′ : 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。 一、多普勒效应 一、多普勒效应 1.当波源和观察者都相对静止时 S 观察者在相同时间里接收到波的个数等于波源发出的波的个数，即接收到的频率等于发出的频率。 一、多普勒效应 2.当波源不动，观察者靠近波源时 观察者在相同时间里接收到波的个数大于波源发出的波的个数，即接收到的频率大于发出的频率。 S 一、多普勒效应 3.当波源不动，观察者远离波源时 观察者在相同时间里接收到波的个数小于波源发出的波的个数，即接收到的频率小于发出的频率。 S 一、多普勒效应 运动和频率的关系 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 S S 等于 大于 大于 小于 小于 一、多普勒效应 一、多普勒效应 （1）当波源与观察者没有发生相对运动时，观察者接收到的波的频率不变，即等于波源的频率； （2）当波源与观察者有相对运动时： 如果二者相互接近，观察者接收到的频率大于波源的频率； 如果二者相互远离，观察者接收到的频率小于波源的频率。 一、多普勒效应 光波、无线电波、微波等都能发生多普勒效应 多普勒效应是波共有的特征 注意：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化． 二、多普勒效应的应用 5.多普勒效应 二、多普勒效应的应用 你知道多普勒效应在生活中有什么应用吗？ 多普勒测速 二、多普勒效应的应用 交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度.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. 二、多普勒效应的应用 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 二、多普勒效应的应用 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 二、多普勒效应的应用 二、多普勒效应的应用 军事应用：脉冲多普勒雷达，多谱勒导航仪 中国的歼20第五代隐身战机 中国的武直19武装直升机 二、波的干涉 1.定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫作波的干涉。 2.干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫作干涉图样。 振动加强 振动加强 振动减弱 振动减弱 三、课堂总结 5.多普勒效应 多普勒效应 ①定义：当波源和观察者之间有相对运动时，使观察者接收到的频率发生变化的现象。 ②成因：如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小。 ③应用：多普勒测速、彩超等。 四、练习与应用 5.多普勒效应 四、练习与应用 1．下列选项与多普勒效应无关的是（　　） 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 A 四、练习与应用 解析 A．科学家用激光测量月球与地球间的距离是利用光的反射原理，故A错误，符合题意； B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速是利用超声波的多普勒效应，故B正确，不符合题意； 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是利用超声波的多普勒效应，故C正确，不符合题意； 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，是利用光的多普勒效应，故D正确，不符合题意。 故选A。 四、练习与应用 2.产生机械波的波源O做匀速运动的情况如图所示,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)波源正在向哪处移动( ) A.A B.B C.C D.D (3)观察到波的频率最低的位置是( ) A.A B.B C.C D.D 答案 (1)D　(2)A　(3)B 四、练习与应用 解析 题图表示的是多普勒效应,波源的左边波长较小,说明波源正向左运动,因此A处的观察者接收到的频率最高,B处的观察者接收到的频率最低. 四、练习与应用 3．汽车无人驾驶技术已逐渐成热，最常用的是ACC自适应航控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去．其使用的传感器主要有毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度．若该雷达发射的无线电就的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则（  ） A．当f＝f′时，表明前车与无人车速度相同 B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态 C．当f′＞f时，表明前车在加速行驶 D．当f′＜f时，表明前车在减速行驶 四、练习与应用 解析 当声源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误；当f′＞f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C错误；当f′＜f时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车在加速行驶，故D错误．故选A． 四、练习与应用 4.(多选)下列应用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.我们可以通过摩托车的声音的大小判定摩托车是远去还是接近我们 C.铁路工人是根据音调的高低对列车的运动情况做出判断的 D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去 四、练习与应用 解析 凡是波都具有多普勒效应,因此利用光波的多普勒效应便可测定遥远星体相对地球运动的速度,故选项A正确.多普勒效应指的是接收到的频率发生变化的情况,即音调发生变化的情况,而声音大小指的是响度,故选项B错误.铁路工人是根据音调(频率)的变化对列车的运动情况做出判断的,选项C正确.炮弹飞行,与空气摩擦产生声波,人耳接收到的频率与炮弹与人的相对运动方向有关,选项D正确. 五、提升训练 5.多普勒效应 五、提升训练 1．如图所示，装有多普勒测速仪的汽车测速监视器安装在公路旁，它向行驶中的车辆发射已知频率的超声波，并接收被车辆反射回来的反射波．当某汽车向测速监视器靠近时，被该汽车反射回来的反射波与测速监视器发出的超声波相比（     ） A．频率不变，波速变小 B．波速不变，频率变小 C．频率不变，波速变大 D．波速不变，频率变大 D 五、提升训练 解析 波速由介质决定，所以被该汽车反射回来的反射超声波与测速监视器发出的超声波相比波速不变；根据声音的多普勒效应，声源和观察者靠近时接收频率变高，所以被该汽车反射回来的反射波与发出的超声波相比频率变大． A. 频率不变，波速变小，与结论不相符，选项A不符合题意； B. 波速不变，频率变小，与结论不相符，选项B不符合题意； C. 频率不变，波速变大，与结论不相符，选项C不符合题意； D. 波速不变，频率变大，与结论相符，选项D符合题意； 五、提升训练 2.某元素在地球上静止时发光的波长为λ,在地球上观测一颗恒星发出该元素的光波波长小于λ,则该恒星正在 (　　) A.远离地球　　　　 B.靠近地球 C.与地球保持相对静止 D.与地球保持距离不变 B 五、提升训练 解析 由c=λf得观测一颗恒星发出该元素的光波波长小于λ,该元素的光波频率f增大,由多普勒效应可知,波源在靠近观察者,故该恒星正在靠近地球,选项B正确. 五、提升训练 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,结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. (1)此现象属于( ) A.波的衍射 B.波的干涉 C.多普勒效应 D.波的反射 (2)若该路段限速为100 km/h,则该轿车是否超速? (3)若该轿车以20 m/s的速度行驶,则巡警车接收到的频率应怎样变化? 答案 (1)C　(2)超速　(3)变大 五、提升训练 解析 (1)巡警车接收到的电磁波频率比发出时低,此现象为多普勒效应,选项C正确. (2)因为巡警车接收到的频率变低,由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离,而巡警车车速恒定且在后面,可判断轿车车速比巡警车车速大,即轿车的速度大于100 km/h,故该轿车超速. (3)若该轿车以20 m/s的速度行驶,由20 m/s=72 km/h<100 km/h知,此时巡警车与轿车在相互靠近,由多普勒效应知巡警车接收到的频率应变大. Lavf58.12.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf58.12.100 Lavf59.6.100 Lavf58.46.101 Lavf59.6.100 Converted_by_bytedance Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.54 $$