2024-2025年新教材高中物理第三章機械波5多普勒效應學案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE6-5．多普勒效應目標體系構建明確目標·梳理脈絡【學習目標】1．通過試驗相識多普勒效應。2．能說明多普勒效應產(chǎn)生的緣由。3．能用多普勒效應說明有關問題?！舅季S脈絡】課前預習反饋教材梳理·落實新知學問點1多普勒效應1．多普勒效應：波源與視察者相互靠近或者相互遠離時，接收到的波的__頻率__都會發(fā)生改變的現(xiàn)象。2．多普勒效應產(chǎn)生的緣由：(1)當波源與視察者相對靜止時，1s內通過視察者的波峰(或密部)的數(shù)目是__確定__的，視察者視察到的頻率__等于__波源振動的頻率。(2)當波源與視察者相向運動時，1s內通過視察者的波峰(或密部)的數(shù)目__增加__，視察到的頻率__增加__；反之，當波源與視察者相互遠離時，視察到的頻率__變小__。學問點2多普勒效應的應用1．測車輛速度：交通警車向行進中的車輛放射頻率已知的超聲波，同時測量__反射波的頻率__，依據(jù)__反射波頻率__改變的多少就能知道車輛的速度。2．測星球速度：測量星球上某些元素發(fā)出的光波的__頻率__。然后與地球上這些元素__靜止__時發(fā)光的頻率比照，可得星球的速度。3．測血流速度：向人體內放射__頻率已知__的超聲波，超聲波被血管中的血流__反射__后又被儀器接收，測出反射波的__頻率改變__，就可得血流速度。思索辨析『判一判』(1)產(chǎn)生多普勒效應時，波源的振動頻率并沒有發(fā)生改變。(√)(2)我們在劇場聽演唱會時，聽到的聲音頻率與聲源的頻率是不一樣的。(×)(3)人與波源有相對運動時，接收到的頻率確定發(fā)生改變。(×)(4)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應。(×)(5)波源與視察者相互遠離時，視察者感覺到的頻率變小。(√)『選一選』(2024·江蘇省南通市高二下學期線上測試)(多選)如圖所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐在秋千上來回搖擺，下列關于女同學的感受的說法正確的是(AD)A．女同學從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調變高B．女同學從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調變高C．女同學在C點向右運動時，她感覺哨聲音調不變D．女同學在C點向左運動時，她感覺哨聲音調變低解析：女同學蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢，依據(jù)多普勒效應，她都感到哨聲音調變高；反之女同學向左運動時，她感到音調變低。選項A、D正確，B、C錯誤?！合胍幌搿浑S著科技的發(fā)展和作戰(zhàn)的須要，現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機飛得越來越快，有些戰(zhàn)斗機的速度超過了聲音在空氣中的傳播速度。假設某爆炸聲在空氣中的傳播速度為340m/s，一架戰(zhàn)斗機正在爆炸點旁邊遠離它飛行，要使飛行員聽不到爆炸聲，戰(zhàn)斗機飛行的速度至少多大？答案：要使飛行員恰好聽不到爆炸聲，即飛行員正好一個聲波也接收不到，則他隨戰(zhàn)斗機運動的速度應與波峰前進的速度一樣，即戰(zhàn)斗機應以340m/s的速度飛行遠離爆炸點。課內互動探究細研深究·破疑解難探究對多普勒效應的理解┃┃情境導入__■美國霍普金斯高校利用多普勒效應對蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星進行了跟蹤試驗?？茖W家發(fā)覺，當衛(wèi)星向近地點運動時返回的信號頻率增加，衛(wèi)星向遠地點運動時返回的信號頻率降低。(1)波源的頻率由誰確定？(2)視察者接收到的頻率與哪些因素有關？提示：(1)由波源確定。(2)視察者接收到的頻率與波源的頻率、波源與視察者的相對運動有關。┃┃要點提煉__■1．波源頻率波源的頻率等于單位時間內波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。2．視察者接收到的頻率發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率并沒有改變，是接收者接收的頻率(單位時間內接收到的完整波的個數(shù))發(fā)生改變(大于或小于波源頻率)。3．發(fā)生多普勒效應的幾種狀況相對位置圖示結論波源S和視察者A相對靜止不動，如圖所示f波源＝f視察者，音調不變波源S不動，視察者A運動，由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f波源<f視察者，音調變高；若遠離波源，由A→C，則f波源>f視察者，音調變低視察者A不動，波源S運動，由S→S2，如圖所示f波源<f視察者，音調變高特殊提示(1)無論什么狀況，發(fā)生多普勒效應時，波源與視察者確定有相對運動，二者相互靠近時，視察者接收到的頻率變高，相互遠離時，接收到的頻率變低。(2)多普勒效應的產(chǎn)生不是取決于視察者距波源多遠，而是取決于視察者相對于波源的運動速度的大小和方向。┃┃典例剖析__■典例1(多選)下列關于多普勒效應的說法，正確的是(CD)A．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應B．當視察者靠近聲源時，聽到聲音的音調上升，說明聲源的頻率上升了C．當聲源和視察者同時以相同的速度向同一方向運動時，不會發(fā)生多普勒效應D．火車離站時，站臺上的旅客聽到火車的汽笛音調降低思路引導：①多普勒效應是波具有的特征，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應。②觀測者向波源靠近時，波源頻率不變，但觀測者接收到的頻率增高，即音調增高；反之，觀測者與波源遠離時，觀測者接收到的頻率降低，即音調降低。解析：多普勒效應是波動過程共有的特征，不僅是機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應，A項錯誤。發(fā)生多普勒效應時，聲源的頻率并沒有發(fā)生改變，而是視察者接收到的頻率發(fā)生了改變，B項錯誤。當波源和視察者以相同的速度同向運動時，兩者之間無相對運動，不會發(fā)生多普勒效應，C項正確。火車離站時，站臺上的旅客和火車相互遠離，聽到火車的汽笛音調降低，D項正確。┃┃對點訓練__■1．(2024·江蘇省揚州中學高二下學期期中)如圖表示產(chǎn)朝氣械波的波源O做勻速運動的狀況下，某一時刻在介質平面中的情形，圖中的圓表示波峰。(1)該圖表示的是(D)A．干涉現(xiàn)象 B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)象 D．多普勒效應(2)波源正在移向(A)A．A點 B．B點C．C點 D．D點(3)視察到波的頻率最低的點是(B)A．A點 B．B點C．C點 D．D點解析：(1)該圖表示的是多普勒效應，正確的選項為D。(2)從波長改變狀況來看，波源正在移向A點。(3)由于波源遠離B點，所以，視察到波的頻率最低的點是B點。探究多普勒效應及超聲波的應用┃┃情境導入__■醫(yī)院有一種先進的檢測技術——彩超，向病人體內放射頻率已精確駕馭的超聲波。超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，測出反射波的頻率改變，就可以知道血液的流速。這一技術主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象？提示：儀器接收到的波的頻率發(fā)生改變，是因為血液的流淌使波源與接收儀器間距離發(fā)生改變，從而發(fā)生了多普勒效應。┃┃要點提煉__■1．多普勒效應的應用(1)多普勒效應測車速。(2)醫(yī)用彩色超聲波測定心臟跳動，了解血管血流等狀況。(3)電磁波的多普勒效應為跟蹤目標物(如導彈、云層等)供應了一種簡潔的方法。在軍事、航天、氣象預報等領域有了廣泛的應用。(4)用多普勒效應測量其他星系向著或遠離地球運動的速率。2．超聲波及其應用(1)定義：頻率高于2×104Hz的聲波。(2)特點：大功率的超聲波幾乎沿直線傳播。(3)應用：超聲波洗滌，超聲波碎石，超聲波探測儀，醫(yī)用彩超等。┃┃典例剖析__■典例2馬路巡警開車在高速馬路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波，假如該電磁波被轎車反射回來時，警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低。(1)此現(xiàn)象屬于(C)A．波的衍射 B．波的干涉C．多普勒效應 D．波的反射(2)若該路段限速為100km/h，則轎車是否超速？(3)若轎車以20m/s的速度行進，反射回的頻率應怎樣改變？思路引導：依據(jù)波源與視察者相對距離增大或減小時，視察者接收到的頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象即多普勒效應解答。解析：(1)巡警車接收到的電波頻率比發(fā)出時低，此現(xiàn)象為多普勒效應。(2)因警車接收到的頻率低，由多普勒效應知警車與轎車在相互遠離，而警車車速恒定又在后面，可推斷轎車車速比警車車速大，故該車超速。(3)若該車以20m/s的速度行進時，此時警車與轎車在相互靠近，由多普勒效應知反射回的頻率應偏高。答案：(2)超速(3)偏高┃┃對點訓練__■2．(多選)下面哪些應用是利用了多普勒效應(ABD)A．利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來推斷遙遠天體相對于地球的運動速度B．交通警察向行進中的汽車放射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，依據(jù)接收到的頻率發(fā)生的改變，就知道汽車的速度，以便于進行交通管理C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可推斷火車的運動狀況D．有閱歷的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲推斷飛行炮彈是接近還是遠去解析：凡是波都具有多普勒效應，因此利用光波的多普勒效應便可以測定遙遠星體相對地球遠離的速度，A正確；被反射的電磁波，相當于一個運動的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生改變，由多普勒效應的計算公式可以求出運動物體的速度，B正確；鐵路工人是依據(jù)振動的強弱而對列車的運動作出推斷的，C錯誤；炮彈飛行，與空氣摩擦產(chǎn)生聲波，人耳接收到的頻率與炮彈的相對運動方向有關，D正確。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)多普勒效應的推斷方法(1)確定探討對象。(波源與視察者)(2)確定波源與視察者是否有相對運動。若有相對運動，能發(fā)生多普勒效應，否則不發(fā)生。(3)推斷：當兩者遠離時，視察者接收到的波的頻率變小，靠近時視察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變。案例某人站在地面上某處，一架飛機由遠而近從人的頭頂上方勻速飛過，則人聽到飛機發(fā)出聲音的頻率(A)A．越來越低 B．越來越高C．先變高后變低 D．先變低后變高易錯分析：飛機從人頭頂勻速飛過，勻速是指飛機相對地面，但相對視察者的速度是先減小后增大，這須要將速度分解。一些同學思維簡潔，只考慮到起初是飛機(聲源)相對視察者靠近，飛機過了人的正頭頂后，變成了聲源相對視察者遠離，因此認為接收的頻領先變高后變低，錯選了C項。解析：當飛機飛近人時，將飛機的速度分解，如圖甲所示，飛機相對人的速度為v1＝vcos