物理-高中二年級-多普勒效應(yīng)

1、教育資源分享一、教學(xué)目標(biāo) 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運動時產(chǎn)生的現(xiàn)象了解一些它的應(yīng)用 二、教學(xué)重點： 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： 計算機、大屏幕、多媒體教學(xué)課件 五、教學(xué)過程： （一）引入新課 我們在前面的討論中，波源和觀察者都是相對介質(zhì)靜止的，波源的頻率和觀察者感覺到的頻率是相同的，若波源或觀察者或它們兩者均相對介質(zhì)運動，則觀察者感覺到的頻率和波源的真實頻率一般并不相同，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。

2、 （二）進(jìn)行新課 【板書】第八節(jié)  多普勒效應(yīng) 一、多普勒效應(yīng)為了便于研究，我們可分三種情況來討論多普勒效應(yīng)。設(shè)波速為v，觀察者運動速度為v人，波源運動速度為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、波源相對介質(zhì)靜止，即v源=0，觀察者以速度v人相對介質(zhì)運動。 設(shè)速度v=100m/s，波源頻率f=100Hz，則周期T=0.01s，=Vt=1m。在波源、觀察者相對介質(zhì)靜止時，則在t=1s里有100個波傳到觀察者A位置（因為在一個周期內(nèi)波向前傳播一個波長），觀察者感覺到的頻率與波源頻率相同。當(dāng)波源不動，觀察者以v人=10m/s的速度向波源運動，則在t=1s里，觀察者

3、從A到B位置（課本圖10-36），感受到的波的個數(shù)為：n=(v+v人)t=(100+10)×1=110個，這樣觀察者感受到的頻率（f=110Hz）就比波源的頻率(f=100Hz)要高。如果觀察者遠(yuǎn)離波源運動，則在t=1s里，觀察者從A到C位置，感受到的波的個數(shù)為：n=(v-v人)t=(100-10)×1=90個，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)們可以思考一下，如果觀察者遠(yuǎn)離波源的運動速度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變化？【板書】2、觀察者相對于介質(zhì)靜止，波源以速度v源

4、相對介質(zhì)運動。 課本圖10-37所示，設(shè)觀察者在A位置不動，波源以v源=10m/s的速度向觀察者運動，此時相對觀察者來說波速為：v+v源=100+10=110m/s，因此觀察者在t=1s里感受到的波有110個，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，在波源運動的過程中，波速實際上并不改變，但在相同的距離中卻多了10個完整的波，這是波在介質(zhì)中被均勻擠壓，使波長變短了的緣故，如圖10-26所示。同理，如果波源遠(yuǎn)離觀察者，則觀察者感受到的頻率就比波源的頻率要低。【板書】3、波源、觀察者同時相對介質(zhì)運動。 可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考討論，加深對多普勒效應(yīng)的理解

5、。當(dāng)波源與觀察者相對運動時，如果二者相互靠近，觀察者感覺到的頻率將增大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者感覺到的頻率將減小。 （三）課件演示，課堂小結(jié) 打開計算機，演示“多普勒效應(yīng)”教學(xué)課件（通過課件演示，形象直觀地再現(xiàn)生活中的“多普勒效應(yīng)”現(xiàn)象，給學(xué)生再次留下清晰直觀的印象，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，一輛以某一速度運動的火車向觀察者迎面駛來，同時發(fā)出汽笛聲，下面判斷正確的是：（  ） A觀察者感受到汽笛生的的頻率越來越大聲波的速度越來越大傳向觀察者的聲波的波長變短傳向觀察者的聲波的波長變長答案： （五）作業(yè) 復(fù)習(xí)教材內(nèi)容。 參考題： 1、關(guān)于多

6、普勒效應(yīng)，下列說法正確的是 （ ） A多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的多普勒效應(yīng)說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運動產(chǎn)生的只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)、當(dāng)火車進(jìn)站鳴笛時，我們可聽到的聲調(diào)（）越來越高越來越低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)生接受，而且只對多普勒效應(yīng)做定性的分析說明，使學(xué)生對多普勒效應(yīng)有初步的了解，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運動時產(chǎn)生的現(xiàn)象，這比波動現(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

7、結(jié)合示意圖重點說明了這一問題教學(xué)中可結(jié)合學(xué)生實際進(jìn)行講解、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，接收到的頻率減小的道理，以理解多普勒效應(yīng)，教學(xué)中可引導(dǎo)學(xué)生思考、多普勒效應(yīng)在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用，除了課本中提到的，還可根據(jù)實際情況補充介紹一些應(yīng)用實例，以開闊眼界和引起興趣   參考文章： 高中物理（試驗修訂本第二冊）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，如測定遙遠(yuǎn)天體相對地球的運動速度，人造地球衛(wèi)星的運動情況，流體的流動，潛艇的速度，還可應(yīng)用于報警，檢查車速，醫(yī)學(xué)診斷等筆者在此對聲波的多普勒效應(yīng)討論簡介如

8、下： 一、什么是多普勒效應(yīng) 在日常生活中，我們有過這樣的經(jīng)驗，在鐵路旁聽行駛中火車的汽笛聲，當(dāng)火車鳴笛而來時，人們會聽到汽笛聲的音調(diào)變高相反，當(dāng)火車鳴笛而去時，人們則聽到汽笛聲的音調(diào)變低像這樣由于波源或觀察者相對于介質(zhì)有相對運動時，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)的演示實驗 在上述火車鳴笛的例子中，實際上火車鳴笛的頻率并沒有改變，而是由于聲源和觀察者之間有相對運動，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)生了變化為了說明這個問題，我們可以用水波代替聲

9、波（都是機械波），做如下演示實驗 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所示若使單振子沿豎直方向周期性地上下?lián)舸蛩妫@時，水面上就形成向四周傳播的周期性同心圓波若將振動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、波長縮短，右壁接收圓波的頻率變大，而振源中心到左槽壁的波紋變疏，波長增大，左槽壁接收圓波的頻率變小，波形如圖2所示（做該實驗時，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 該實驗儀器結(jié)構(gòu)簡單，易于取材，制作簡便，便于操作，直觀性強，可

10、信度高，具有較好的實驗效果實驗結(jié)果表明，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，這就與上述火車鳴笛的情況相類似了通過該實驗的演示，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運動時，如果二者相互接近，觀察者接收到波的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到波的頻率減小對于這種變化關(guān)系，下面筆者由淺入深地分三種情況針對聲波做如下討論 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)聲源向接收者運動時，取正值，而背離接收者運動時，取負(fù)值；當(dāng)觀察者向聲源運動時，B取正值，而背離

11、聲源運動時，B取負(fù)值，波速總?cè)≌?1聲源不動，觀察者以速度B相對于介質(zhì)運動，即S0、B0時 如觀察者向著聲源運動，則B0因觀察者以速度B迎向聲源運動，相當(dāng)于波以速度B通過接收者單位時間內(nèi)接收到的波數(shù)就是接收到的頻率，即 （B）（B）（）（B）1（B） 該式表明：當(dāng)觀察者向聲源運動時，接收到的頻率為聲源頻率的1（B）倍；當(dāng)觀察者背離聲源運動時，B0，則，即觀察者接收到的頻率小于聲源的振動頻率讀者可自行分析當(dāng)B時，會發(fā)生什么情況? 2觀察者不動，聲源以速度相對于介質(zhì)運動，即0，0時 圖3 如聲源向著觀察者運動，這時0假定，因為聲速僅決定于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲源的運動與否無關(guān)所以在一個周期T內(nèi)聲源在S

12、點發(fā)出的振動向前傳播的距離等于波長如聲源不動，則波形如圖3中實線所示；但若聲源運動，則在一個周期的時間內(nèi)聲源在波的傳播方向上通過一段路程T而達(dá)到S點，結(jié)果整個波形如圖3中點S、B間的虛線所示由于聲源做勻速運動，所以，波形無畸彎只是波長變小，其值為 （）（1）所以觀察者在單位時間內(nèi)接收到的波數(shù)為（） 該式表明：當(dāng)聲源向著觀察者運動時，觀察者接收的頻率是聲源頻率的（）倍如聲源背離觀察者運動，則0，所以有，即觀察者接收到的頻率比聲源頻率降低了現(xiàn)在我們就不難明白前述火車相對觀察者運動時音調(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，無論是接收者相對介質(zhì)運動還是聲源相對介質(zhì)運動，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)機理卻不同前者是由相對波速的變化引起，而后者是由波長的變化引起根據(jù)以上兩種情況的討論，我們可以很容易證明，當(dāng)觀察者和聲源同時相對介質(zhì)運動，即0、0時，觀察者接收到聲波的頻率為 （）（）（）（） 該式也可以說是以上兩種討論的綜合，如果在和兩個量中有一個為零時，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)是波動過程所具有的共同特性，不僅聲波（機械波）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)，通過對遙遠(yuǎn)星系發(fā)出來的光進(jìn)行光譜分析，發(fā)現(xiàn)了“紅移”現(xiàn)象，從而有力地證明了宇