3.5 多普勒效应 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

年级

高二年级

学科

物理

教师

课题

5. 多普勒效应

教学目标

物理观念

能说出多普勒效应的概念，知道波源与观察者相对运动时接收频率变化的规律，形成完整的波动观念。

科学思维

通过“队伍计数”类比和波面示意图的分析，经历“建模—推理—归纳”的思维过程，理解多普勒效应产生的物理原因。

科学探究

通过蜂鸣器转动实验的观察与讨论，培养基于现象提出问题、作出猜想并检验猜想的探究能力。

科学态度与责任

通过了解多普勒效应在测速、医疗、天文等领域的广泛应用，感受物理学的社会价值，激发学习兴趣与民族科技自豪感。

教学重难点

1.重点：多普勒效应的概念及产生的原因。

2.难点：运用多普勒效应的规律解释生活中的有关现象。

教学过程

教师活动

学生活动

教师：上课之前，我们先来看一段生活中常见的场景。当一辆鸣着笛的救护车从我们身边疾驰而过时，大家有没有注意到笛声的音调有什么变化？

学生：车靠近时笛声音调变高，远离时音调变低。

教师：很好！声源没有变，为什么我们听到的音调却变了呢？为了弄清这个问题，我们先做一个类比。假设路边站着一个不动的人，数一列匀速行进的队伍中经过他的人数：当观察者静止不动时，每分钟有30个人经过；当观察者逆着队伍行走时，每分钟经过他的人数将大于30人；当观察者与队伍同向行走且速度比队伍小时，每分钟经过他的人数将小于30人（如图1所示）。

图1　队伍人数计数类比

观察生活现象，参与类比讨论，思考音调变化的原因

一、多普勒效应的概念

教师：请一位同学把以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后举过头顶快速转动（如图2所示），其他同学在几米之外仔细听声音有什么变化。

学生：蜂鸣器靠近我们时，音调变高；远离我们时，音调变低。

参与实验观察，描述听到的音调变化，归纳多普勒效应的概念

教师：1842年，奥地利物理学家多普勒带着类似的问题研究了这一现象。由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫作多普勒效应。要注意：音调由频率决定，频率越高，音调越高。发生多普勒效应时，波源的实际频率并没有改变，改变的只是观察者接收到的频率。

图2　蜂鸣器音调的变化

二、多普勒效应的成因

教师：声源每完成一次全振动，就向外发出一个波长的波。波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的音调由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数决定。请思考：当波源与观察者相对静止时，两者频率有什么关系？

学生：单位时间内通过观察者的波峰（或密部）的个数一定，观察者接收到的频率等于波源的频率。

教师：当波源与观察者相互接近时呢？波源每发出一个波，波源自身向前移动了一段距离，后面的波面被“挤”得越来越密。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，拍到的水波图样如图3所示，波源左侧的波面明显变密，右侧变疏。相互靠近时，单位时间内通过观察者的完全波个数增加，观察者接收到的频率大于波源的频率；相互远离时，接收到的频率变小（如图4所示）。

结论：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增大；如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小。多普勒效应是波动过程的共有特征，机械波、电磁波和光波都能发生多普勒效应。

图3　振动片移动时的水波图样

分析波面示意图，小组讨论波面疏密与接收频率的关系，归纳结论