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

高一年级

学科

物理

教师

课题

5. 多普勒效应

教学

目标

物理观念

观察生活中声源与观察者相对运动时音调变化的现象，知道什么是多普勒效应，能从波的频率的角度解释多普勒效应，形成正确的物理观念。

科学思维

通过分析波源与观察者相对运动时单位时间内接收完全波个数的变化，经历“现象观察—模型建构—推理分析”的思维过程，理解多普勒效应产生的原因，提升科学推理能力。

科学探究

通过蜂鸣器旋转演示实验，观察、描述音调的变化，尝试解释实验现象；通过水波图样照片的分析，判断波源的运动情况，培养观察能力和分析论证能力。

科学态度与责任

了解多普勒效应在雷达测速、医疗“彩超”、天体运动观测等方面的应用，感受物理与生活、科技的紧密联系，激发学习兴趣，培养社会责任感。

教学重难点

1.理解多普勒效应现象及其产生的原因(重点)；2.从波的传播角度分析波源与观察者发生相对运动时，观察者接收到的频率变化(难点)。

教学过程

教师活动

学生活动

导入新课

教师：同学们，先来听一段声音。（播放录音：救护车鸣笛由远及近再远去）大家注意听，声音有什么变化？

学生：声音先变尖、后变钝，也就是音调先变高、后变低。

教师：为什么救护车驶近我们时鸣笛声的音调变高，远离时音调变低？救护车上的司机听到的音调会变化吗？要回答这些问题，就需要学习今天的新知识——多普勒效应。

观察生活现象，思考鸣笛音调变化的原因，带着问题进入新课。

救护车驶过时鸣笛音调发生变化

新课讲授 一、多普勒效应

教师：我们先做一个模拟实验。把一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后，请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速水平转动（如图1），在几米之外的同学注意听蜂鸣器发出的声音有什么变化。

图1　蜂鸣器做圆周运动

学生：当蜂鸣器朝向观察者转动时，听到的音调变高；背离观察者转动时，音调变低。

教师：蜂鸣器发出的声音频率并没有改变，为什么我们听到的音调会时高时低？音调由什么决定？

学生：音调由发声体振动的频率决定，频率越高，音调越高。

教师：归纳：

1.波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观察者接收到的频率等于波源的频率。

2.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）的数目增加，观察者接收到的频率大于波源的频率，音调变高。

3.波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率变小，音调变低。

教师：总结多普勒效应的概念：波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化，人们把这种现象叫作多普勒效应（Doppler effect）。

注意：发生多普勒效应时，波源发出的频率并没有变化，变化的只是观察者接

观察蜂鸣器转动实验，记录音调变化情况，思考并讨论原因。

收到的频率，要正确区分“波源频率”与“接收频率”这两个概念。

新课讲授 二、多普勒效应产生的原因

教师：波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波。观察者听到的音调高低，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。

设波在介质中的传播速度为v，波长为λ，则观察者接收到的频率可表示为：

当波源与观察者相对静止时，波源每发出一个完全波，观察者就接收到一个完全波，所以观察者接收到的频率等于波源振动的频率。

当波源向右运动时（如图2），波源发出的波面在运动方向的前方被“挤压”，波面变密，波长变小；后方波面被“拉伸”，波面变疏，波长变大。

图2　波源运动时的波面分布

学生：结合图2分析可知，波源右侧的观察者在单位时间内接收到的完全波个数增多，接收到的频率变大，音调变高；波源左侧的观察者接收到的完全波个数减少，接收到的频率变小，音调变低。

教师：归纳多普勒效应产生的原因：

(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）的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观测到的频率增加。

(2)波源与观察者相互远离时，观测到的频率变小。

教师：需要强调的三点：

1.多普勒效应是所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波的强度发生变化的现象，要正确区分频率和强度这两个物理量。

2.多普勒效应的产生不取决于波源和观察者相距多远，而取决于波源和观察者相对运动速度的大小和方向。

3.波的传播速度不因波源的移动而改变；观察者垂直于波的传播方向移动时，不产生多普勒效应。

结合图2分析波面疏密变化，理解接收频率变化的原因。