高中物理人教版選修34《12.5多普勒效應(yīng)教案》

1、.125 多普勒效應(yīng)一、教學(xué)目的知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象理解一些它的應(yīng)用二、教學(xué)重點(diǎn)：多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因三、教學(xué)方法：多媒體輔助教學(xué)四、教 具：計(jì)算機(jī)、大屏幕、多媒體教學(xué)課件五、教學(xué)過(guò)程：一引入新課我們?cè)谇懊娴挠懻撝?，波源和觀察者都是相對(duì)介質(zhì)靜止的，波源的頻率和觀察者感覺到的頻率是一樣的，假設(shè)波源或觀察者或它們兩者均相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，那么觀察者感覺到的頻率和波源的真實(shí)頻率一般并不一樣，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)?；疖囘M(jìn)站，笛聲較高，火車出站，笛聲較低，就是這種現(xiàn)象。二進(jìn)展新課【板書】第5節(jié) 多普勒效應(yīng)一、多普勒效應(yīng)

2、為了便于研究，我們可分三種情況來(lái)討論多普勒效應(yīng)。設(shè)波速為v，觀察者運(yùn)動(dòng)速度為v人，波源運(yùn)動(dòng)速度為v源，均以介質(zhì)為參考系?！景鍟慷?、多普勒效應(yīng)成因【板書】1、波源相對(duì)介質(zhì)靜止，即v源=0，觀察者以速度v人相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。設(shè)速度v=100m/s，波源頻率f=100Hz，那么周期T=0.01s，=Vt=1m。在波源、觀察者相對(duì)介質(zhì)靜止時(shí)，那么在t=1s里有100個(gè)波傳到觀察者A位置因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)波向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)，觀察者感覺到的頻率與波源頻率一樣。當(dāng)波源不動(dòng)，觀察者以v人=10m/s的速度向波源運(yùn)動(dòng)，那么在t=1s里，觀察者從A到B位置課本圖10-36，感受到的波的個(gè)數(shù)為：n=v+v人t=100+

3、10×1=110個(gè)，這樣觀察者感受到的頻率f=110Hz就比波源的頻率f=100Hz要高。假如觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)，那么在t=1s里，觀察者從A到C位置，感受到的波的個(gè)數(shù)為：n=v-v人t=100-10×1=90個(gè)，這樣觀察者感受到的頻率f=90Hz就比波源的頻率f=100Hz要低。同學(xué)們可以考慮一下，假如觀察者遠(yuǎn)離波源的運(yùn)動(dòng)速度v人=100m/s或v人100m/s，那么觀察者感受到的頻率如何？他感覺到波源的位置有無(wú)變化？【板書】2、觀察者相對(duì)于介質(zhì)靜止，波源以速度v源相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。課本圖10-37所示，設(shè)觀察者在A位置不動(dòng)，波源以v源=10m/s的速度向觀察者運(yùn)動(dòng)，此時(shí)相對(duì)

4、觀察者來(lái)說(shuō)波速為：v+v源=100+10=110m/s，因此觀察者在t=1s里感受到的波有110個(gè)，所以觀察者感受到的頻率f=110Hz就比波源的頻率f=100Hz要高。要注意的是，在波源運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，波速實(shí)際上并不改變，但在一樣的間隔 中卻多了10個(gè)完好的波，這是波在介質(zhì)中被均勻擠壓，使波長(zhǎng)變短了的緣故，如圖10-26所示。同理，假如波源遠(yuǎn)離觀察者，那么觀察者感受到的頻率就比波源的頻率要低?！景鍟?、波源、觀察者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)展考慮討論，加深對(duì)多普勒效應(yīng)的理解。當(dāng)波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，假如二者互相靠近，觀察者感覺到的頻率將增大；假如二者互相遠(yuǎn)離，觀察者感覺到的頻率將減小。

5、三課件演示，課堂小結(jié)翻開計(jì)算機(jī)，演示“多普勒效應(yīng)教學(xué)課件通過(guò)課件演示，形象直觀地再現(xiàn)生活中的“多普勒效應(yīng)現(xiàn)象，給學(xué)生再次留下明晰直觀的印象，從而收到良好的教學(xué)效果。四課堂練習(xí)觀察者站在鐵道旁，一輛以某一速度運(yùn)動(dòng)的火車向觀察者迎面駛來(lái)，同時(shí)發(fā)出汽笛聲，下面判斷正確的選項(xiàng)是： A觀察者感受到汽笛生的的頻率越來(lái)越大 聲波的速度越來(lái)越大傳向觀察者的聲波的波長(zhǎng)變短 傳向觀察者的聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)答案：五作業(yè): 復(fù)習(xí)教材內(nèi)容。參考題：1、關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 A多普勒效應(yīng)是由于波的干預(yù)引起的多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率是變化的多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 只有聲波才可以產(chǎn)生多普

6、勒效應(yīng)、當(dāng)火車進(jìn)站鳴笛時(shí)，我們可聽到的腔調(diào)越來(lái)越高 越來(lái)越消沉 變高 不知聲速和火車車速，不能判斷教學(xué)建議:、本節(jié)主要以聲波為例介紹多普勒效應(yīng)它比較常見，易于為學(xué)生承受，而且只對(duì)多普勒效應(yīng)做定性的分析說(shuō)明，使學(xué)生對(duì)多普勒效應(yīng)有初步的理解，教學(xué)中要注意不宜引伸、多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，這比波動(dòng)現(xiàn)象又復(fù)雜了一些要理解多普勒效應(yīng)，學(xué)生必須先知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別，這是學(xué)習(xí)本節(jié)的關(guān)鍵課本結(jié)合示意圖重點(diǎn)說(shuō)明了這一問題教學(xué)中可結(jié)合學(xué)生實(shí)際進(jìn)展講解、本節(jié)有一“旁批，用“極端假設(shè)的方法，幫助學(xué)生想象觀察者遠(yuǎn)離波源時(shí)，接收到的頻率減小的道理，以理解多普勒效應(yīng)，教學(xué)

7、中可引導(dǎo)學(xué)生考慮、多普勒效應(yīng)在現(xiàn)代消費(fèi)和生活中有廣泛的應(yīng)用，除了課本中提到的，還可根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充介紹一些應(yīng)用實(shí)例，以開闊眼界和引起興趣參考文章：高中?物理?第二冊(cè)中，增加了必學(xué)內(nèi)容多普勒效應(yīng)在日常生活和工程技術(shù)方面，多普勒效應(yīng)的應(yīng)用非常廣泛，如測(cè)定遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)情況，流體的流動(dòng)，潛艇的速度，還可應(yīng)用于報(bào)警，檢查車速，醫(yī)學(xué)診斷等筆者在此對(duì)聲波的多普勒效應(yīng)討論簡(jiǎn)介如下：一、什么是多普勒效應(yīng)在日常生活中，我們有過(guò)這樣的經(jīng)歷，在鐵路旁聽行駛中火車的汽笛聲，當(dāng)火車?guó)Q笛而來(lái)時(shí)，人們會(huì)聽到汽笛聲的音調(diào)變高相反，當(dāng)火車?guó)Q笛而去時(shí)，人們那么聽到汽笛聲的音調(diào)變低像這樣由于波源或觀

8、察者相對(duì)于介質(zhì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所接收到的波頻率有所變化的現(xiàn)象就叫做多普勒效應(yīng)這種現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒18031853于1842年首先發(fā)現(xiàn)的，因此以他的名字命名二、多普勒效應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)在上述火車?guó)Q笛的例子中，實(shí)際上火車?guó)Q笛的頻率并沒有改變，而是由于聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使人耳接收到聲音的頻率發(fā)生了變化，所以人耳聽到汽笛的音調(diào)發(fā)生了變化為了說(shuō)明這個(gè)問題，我們可以用水波代替聲波都是機(jī)械波，做如下演示實(shí)驗(yàn) 圖1在盛有清水的大水槽中，以一端粘有直徑約為8的石蠟球的細(xì)彈簧作為彈簧單振子，使單振子與水面接觸，如圖1所示假設(shè)使單振子沿豎直方向周期性地上下?lián)舸蛩?，這時(shí)，水面上就形成向四周傳播的

9、周期性同心圓波假設(shè)將振動(dòng)著的單振子在水面上向右平移、便可看到從振源中心到右槽壁間的波紋變密、波長(zhǎng)縮短，右壁接收?qǐng)A波的頻率變大，而振源中心到左槽壁的波紋變疏，波長(zhǎng)增大，左槽壁接收?qǐng)A波的頻率變小，波形如圖2所示做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，水槽盡量大些，為減少反射波的影響，可用多層紗布條縫疊在一起，掛在水槽壁內(nèi)，以吸收傳到槽壁的圓波圖2該實(shí)驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于取材，制作簡(jiǎn)便，便于操作，直觀性強(qiáng)，可信度高，具有較好的實(shí)驗(yàn)效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，單振子振源本身的頻率并沒有改變，而是水槽壁接收者接收的水波的頻率發(fā)生了變化，這就與上述火車?guó)Q笛的情況相類似了通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的演示，我們就不難理解波的多普勒效應(yīng)了三、聲波多普勒效應(yīng)的理論分

10、析結(jié)合教材的闡述，我們還知道，當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，假如二者互相接近，觀察者接收到波的頻率增大；假如二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到波的頻率減小對(duì)于這種變化關(guān)系，下面筆者由淺入深地分三種情況針對(duì)聲波做如下討論首先，設(shè)聲源速度為，接收者速度為B，表示聲波在介質(zhì)中的傳播速度，當(dāng)聲源向接收者運(yùn)動(dòng)時(shí)，取正值，而背離接收者運(yùn)動(dòng)時(shí)，取負(fù)值；當(dāng)觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，B取正值，而背離聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，B取負(fù)值，波速總?cè)≌?聲源不動(dòng)，觀察者以速度B相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即S0、B0時(shí)如觀察者向著聲源運(yùn)動(dòng)，那么B0因觀察者以速度B迎向聲源運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于波以速度B通過(guò)接收者單位時(shí)間內(nèi)接收到的波數(shù)就是接收到的頻率，即BBB1B該式說(shuō)明

11、：當(dāng)觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率為聲源頻率的1B倍；當(dāng)觀察者背離聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，B0，那么，即觀察者接收到的頻率小于聲源的振動(dòng)頻率讀者可自行分析當(dāng)B時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況?2觀察者不動(dòng)，聲源以速度相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即0，0時(shí)圖3如聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)，這時(shí)0假定，因?yàn)槁曀賰H決定于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲源的運(yùn)動(dòng)與否無(wú)關(guān)所以在一個(gè)周期T內(nèi)聲源在S點(diǎn)發(fā)出的振動(dòng)向前傳播的間隔 等于波長(zhǎng)如聲源不動(dòng)，那么波形如圖3中實(shí)線所示；但假設(shè)聲源運(yùn)動(dòng)，那么在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)聲源在波的傳播方向上通過(guò)一段路程T而到達(dá)S點(diǎn)，結(jié)果整個(gè)波形如圖3中點(diǎn)S、B間的虛線所示由于聲源做勻速運(yùn)動(dòng)，所以，波形無(wú)畸彎只是波長(zhǎng)變小，其值為1所以觀察者在單

12、位時(shí)間內(nèi)接收到的波數(shù)為該式說(shuō)明：當(dāng)聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收的頻率是聲源頻率的倍如聲源背離觀察者運(yùn)動(dòng)，那么0，所以有，即觀察者接收到的頻率比聲源頻率降低了如今我們就不難明白前述火車相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)音調(diào)變化的本質(zhì)原因了從以上所討論的兩種情況中，我們不難看出，無(wú)論是接收者相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)還是聲源相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，接收者接收到波的頻率的變化情況雖然一樣，但兩種變化的本質(zhì)機(jī)理卻不同前者是由相對(duì)波速的變化引起，而后者是由波長(zhǎng)的變化引起根據(jù)以上兩種情況的討論，我們可以很容易證明，當(dāng)觀察者和聲源同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即0、0時(shí)，觀察者接收到聲波的頻率為該式也可以說(shuō)是以上兩種討論的綜合，假如在和兩個(gè)量中有一個(gè)為零時(shí)，就可得出上面的、式分別所表示的兩種情況四、波的多普勒效應(yīng)的科學(xué)應(yīng)用多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程所具有的共同特性，不僅聲波機(jī)械波有多普勒效應(yīng)，光波也具有多普勒效應(yīng)，天體物理學(xué)家正是根據(jù)光波的多普勒效應(yīng)，通過(guò)對(duì)遙遠(yuǎn)星系發(fā)出來(lái)的光進(jìn)展光譜分析，發(fā)現(xiàn)了“紅移現(xiàn)象，從而有力地證明了宇宙膨脹論，即