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2020-2021学年高中物理 第三章 机械波 5 多普勒效应教案1 新人教版选择性必修第一册

2020-2021学年高中物理 第三章 机械波 5 多普勒效应教案1 新人教版选择性必修第一册

年级：
姓名：

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多普勒效应
【学习目标】
1．源的频率与观察者接收到的频率的区别．
2．多普勒效应，知道它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象．
3．了解多普勒效应的一些应用．
4．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射．
5．知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长都与入射波相同．
6．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同．知道折射角与入射角的关系．

知识回顾：
1. 什么是频率？
答：单位时间发生的次数叫频率
2. 什么叫衍射和什么叫干涉？
答：波跑到障碍物的后面的现象叫衍射，频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，并且加强区和减弱区相互间隔，这种现象叫做波的干涉．
3. 干涉的条件是什么？
答：条件是两列同类波的频率相同且振动情况相同，相差恒定．
知识点一、多普勒效应
多普勒效应：
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做多普勒效应．多普勒效应是波独有的特征．
声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波．频率表示单位时间内完成的全振动的次数因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数．
观察者听到的声音的音调，是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．
多普勒效应的解释：
为简单起见，我们只讨论波源和观察者在二者的连接线上运动的情形．
（1）波源与观察者相对于介质均静止的情况：
观察者所接收到的频率与波源的振动频率相同．
（2）波源静止而观察者运动的情况：
若观察者朝波源运动，由于观察者迎着波传来的方向运动，使得观察者在单位时间内接收到的完全波的个数大于波源发出的完全波的个数，即观察者接收的频率高于波源频率。
．
若观察者背离波源即顺着波的传播方向运动，观察者的接收频率低于波源频率．
．
（3）观察者静止而波源运动的情况：
当波源向观察者运动时，波源在前进过程中，不断地发射出波，而已经发射出的波仍以波速前进，而后继波的波源地点（球面的中心）向前移动，所以波源前面的波面被挤紧，因此波面间隔减小了；波源后面的波面稀疏了，因此，波面间隔增大了，如图所示．

波在介质中的传播速度并没有改变，观察者在波源右方时，即波源接近观察者时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大，
；
同样道理，观察者在波源左方时，即波源远离观察者时，接收到的频率减小，
．
多普勒效应中接收到的频率的计算公式
（1）波源相对介质静止，观察者以速度相对于介质运动．
．
“+”表示观察者走向波源，
“－”表示观察者离开波源．
（2）波源以速度vs相对于介质运动，观察者相对于介质静止．
．
“+”表示波源离开观察者，
“－”表示波源向观察者运动．
（3）波源与观察者同时相对于介质运动．
相向运动：
；
反向运动：
．
多普勒效应的定性分析方法
波源与观察者相互接近，观察者接收到的频率增大；波源与观察者相互远离，观察者接收到的频率减小．
多普勒效应的应用
（1）多普勒测速仪测车速．
（2）医用彩色超声波多普勒心动图仪测定心脏跳动，血管血流等情况．
（3）电磁波的多普勒效应为跟踪目的物（如导弹、云层等）提供了一种简单的方法．在军事、航天、气象预报等领域有了广泛的应用．
（4）用多普勒效应测量其他星系向着还是远离地球运动的速率．
例题1.下列说法正确的是（ ）．
A．若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率减小
B．声波击碎玻璃杯的实验原理是共振
C．超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多
D．“闻其声不见其人”是声波的干涉现象
【思路点拨】注意“波源的频率”、 “观察者接收到的频率”的不同。

【答案】B、C
【解析】由多普勒效应可知，若声波波源向着观察者运动，则观察者接收到的声波频率增大，A项错误；声波击碎玻璃杯是声波频率与玻璃杯的固有频率相同，玻璃杯发生共振导致破碎，B项正确；由于水对光波和无线电波吸收比对声波吸收得多，所以超声波在水中传播的距离比光波和无线电波在水中传播的距离远得多，C项正确；“闻其声不见其人”是声波的衍射现象，D项错误．
【总结升华】发生多普勒效应时，只是观察者接收到的频率发生变化，而波源的频率并没有变化，这一点是学生的易错点．

课堂练习一：
公路巡警开车在高速公路上以的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速（ ）．
A．高于 B．低于
C．等于 D．无法确定

【答案】A
【解析】由多普勒效应知，巡警车接收到的频率低了，即观察者接收到的频率低了，说明轿车和巡警车在相互远离，而巡警车速度恒定，因此可以判定轿车的速度比巡警车速度大，故A项正确．
【总结升华】由前面的分析可得出：当波源与观察者远离时，频率变低；当波源与观察者靠近时，频率变高．

课堂练习二：
利用超声波遇到物体发生反射，可测定物体运动的有关参量，如图甲所示仪器和通过电缆线驳接，为超声波发射与接收一体化装置，而仪器为提供超声波信号源而且能将接收到的超声波信号进行处理并在屏幕上显示其波形。
现固定装置，并将它对准匀速行驶的小车，使其每隔固定时间T0发射一短促的超声波脉冲（如图乙中幅度大的波形），而接收到由小车反射回的超声波经仪器处理后显示如图乙中幅度较小的波形，反射滞后的时间已在图乙中标出，其中，和为已知量，另外还知道该测定条件下声波在空气中的速度为，则根据所给信息可判断小车的运动方向为_______（填“向左”或“向右”），速度大小为_________。

【答案】向右；
课堂练习三：
生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应．测速雷达向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波．由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同，利用频率差（）就能计算出车辆的速度．已知发出和接收的频率间关系为，式中是真空中的光速，若，，可知被测车辆的速度大小为．

【答案】30
【解析】将
，
，
c，
代入

可得
．