普通物理学 119 多普勒效应
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多普勒效应高考知识点多普勒效应是物理学中一个重要的现象,也是高考物理的常见考点之一。
它描述了当光波或声波源和观察者相对运动时,光波或声波的频率和观察者接收到的频率之间的关系。
本文将深入探讨多普勒效应的原理以及它在日常生活和科学研究中的应用。
首先,我们来回顾一下多普勒效应的定义。
多普勒效应可以用来解释为什么当一个警车驶过时,我们听到的声音会发生变化。
当声源与观察者相对静止时,声音的频率不会改变。
然而,当警车以很快的速度驶过观察者时,观察者会听到一个较高的频率,也就是音调变高。
当警车远离观察者时,观察者会听到一个较低的频率,音调变低。
这就是多普勒效应。
多普勒效应的原理可以通过波源的运动来解释。
当波源靠近观察者时,波源会发出更多波峰或波谷,导致观察者接收到的波峰或波谷的数量增加,频率也就增加了。
当波源远离观察者时,波源发出的波峰或波谷数量减少,观察者接收到的波峰或波谷的数量减少,频率也就减少了。
所以,在多普勒效应中,波源与观察者的相对运动会导致频率的变化。
多普勒效应在实际生活中有着广泛的应用。
一个常见的例子是交通雷达。
交通雷达通过测量从自动车辆发出的微波的频率来检测车辆的速度。
根据多普勒效应,当车辆靠近雷达时,微波的频率会变高,当车辆远离雷达时,微波的频率会变低。
通过分析这种频率的变化,交通雷达可以测量车辆的速度。
除了实际应用,多普勒效应还在科学研究中发挥着重要的作用。
天文学家利用多普勒效应来测量星体的运动速度和距离。
当星体远离我们时,它们发出的光波会发生红移,频率变低,而当星体靠近我们时,光波会发生蓝移,频率变高。
通过测量这种频率变化,天文学家可以计算出星体的速度和距离,进而了解宇宙的演化和结构。
此外,多普勒效应在医学诊断中也有着重要的应用。
它被广泛应用于超声波检查。
通过测量超声波在人体组织中的反射时间和频率变化,医生可以获取有关内部器官和组织的信息。
多普勒超声技术可以用来检测血流速度和心脏功能等,从而帮助医生诊断和治疗各种疾病。
3.5多普勒效应教材分析使用教材是人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书2019年版《物理》选择性必修1,内容选自第三章第五节。
多普勒效应是波的一种重要现象,在生活中具有广泛的应用。
本节课通过对多普勒效应的形成过程进行分析,提高学生对机械波的认识水平,培养学生的分析能力与科学探究能力。
学情分析教学主体——学生是普通高中二年级学生,此前已经学习了声音及机械波的相关知识,了解声音的特性及其影响因素。
学生具有一定的实验观察能力及科学探究的能力,学习欲望较强,乐于将所学知识运用于实际生活中。
多普勒效应的现象在生活中很常见,但学生不能应用物理知识进行分析。
通过本节课的学习,使学生感受并探究多普勒效应现象,理解其产生原因,并了解其在生活中的应用。
教学课时1课时教学目标1. 通过实验了解多普勒效应及其产生的原因,知道多普勒效应是波特有的现象。
2. 理解多普勒效应的实质。
3. 知道所有的波都有多普勒效应,认识多普勒效应在生活中的普遍性。
教学重难点教学重点1.多普勒效应产生的原因。
2.多普勒效应中波源的频率没变,观察者观测到的频率发生了变化。
教学难点1.对多普勒效应产生原因的理解。
2.波源与观察者发生相对运动时,观察者接收到的频率变化的分析。
教学准备长竹竿、蜂鸣器、多媒体课件教学过程新课引入教师设问:仔细听汽车、飞机由远而近的鸣笛声,你会发现什么现象?学生回答。
总结:靠近时,鸣笛声越来越尖锐;远离时,鸣笛声越来低沉。
思考:这到底是怎么回事?1842年,奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似上面描述的现象。
他经过认真的研究,发现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。
讲授新课一、多普勒效应演示:蜂鸣器音调的变化将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端,闭合开关后听一听它发出的声音。
请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起来并在头顶快速转动,在几米之外听它的声音有什么变化。
5多普勒效应[学习目标] 1.知道什么是多普勒效应,理解多普勒效应的形成原因(重点)。
2.了解多普勒效应在生活中的应用,会用多普勒效应解释一些物理现象(重点)。
一、多普勒效应1.多普勒效应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的现象。
2.多普勒效应产生的原因(1)当波源与观察者相对静止时,1s 内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观测到的频率等于波源振动的频率。
(2)当波源与观察者相互接近时,1s 内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(选填“增加”或“减少”),观测到的频率增大(选填“增大”或“减小”);反之,当波源与观察者相互远离时,观测到的频率减小(选填“增大”或“减小”)。
只要观察者与波源发生相对运动,就会产生多普勒效应,观测到的频率就大于波源振动的频率,这种说法对吗?为什么?答案不对,如果观察者绕着波源做圆周运动,虽然两者间发生了相对运动,但观察者接收的频率与波源发出的频率依然相等,并未发生多普勒效应。
1.相对位置变化与频率的关系相对位置图示结论(频率、音调、波面)波源S 和观察者A 相对静止f 观察者=f 波源,音调不变波源S 不动,观察者运动,由A →B 或A →C 由A →B ,f 观察者>f 波源,音调升高由A →C ,f 观察者<f 波源,音调降低观察者A 不动,波源S 运动,由S →S ′,接近观察者或远离观察者波源向哪运动,哪个方向波面被压缩较密集接近观察者,f 观察者>f 波源,音调升高远离观察者,f 观察者<f 波源,音调降低2.成因归纳(1)发生多普勒效应时,一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动,且两者间距发生变化。
(2)发生多普勒效应时,波源的频率保持不变,只是观察者接收到的频率发生了变化。
(1)观察者与声源间没有相对运动也可能产生多普勒效应。
(×)(2)当波源和观察者向同一个方向运动时,一定发生多普勒效应。
《多普勒效应》讲义一、什么是多普勒效应在我们日常生活中,有一种有趣的现象,当一辆鸣笛的汽车从我们身边疾驰而过时,我们会听到笛声的音调发生变化。
这就是多普勒效应的一个常见例子。
多普勒效应是指当波源和观察者之间存在相对运动时,观察者所接收到的波的频率会发生改变的现象。
这个效应不仅仅适用于声波,对于电磁波如光波也同样适用。
简单来说,如果波源朝着观察者移动,观察者接收到的波的频率会升高,就好像波被压缩了一样;反之,如果波源远离观察者移动,观察者接收到的波的频率会降低,仿佛波被拉伸了。
二、多普勒效应的发现历程多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯琴·多普勒于 1842 年首先提出的。
当时,多普勒在研究火车鸣笛声时,敏锐地观察到当火车靠近和远离观察者时,声音的音调有所不同。
多普勒通过深入思考和实验研究,最终得出了这一重要的物理现象的理论。
他的发现不仅在声学领域引起了轰动,也为后来电磁波领域的研究奠定了基础。
在多普勒提出这一理论之初,并不是所有人都能立刻接受和理解。
但随着后续的实验验证和实际应用,多普勒效应逐渐被广泛认可,并成为物理学中的一个重要概念。
三、多普勒效应在声波中的应用1、交通领域在交通警察使用的测速仪中,就运用了多普勒效应。
测速仪向行驶中的车辆发射超声波,然后接收反射回来的波。
通过比较发射波和接收波的频率差异,就可以计算出车辆的行驶速度。
2、医学诊断在医学超声检查中,多普勒效应也发挥着重要作用。
例如,在检测血流速度时,超声波探头向血管发射超声波,根据反射回来的波的频率变化,医生可以判断血液的流动方向和速度,从而诊断血管疾病。
3、声学监测在一些大型机器设备的监测中,通过检测声波的多普勒效应,可以及时发现设备部件的异常振动和运动情况,提前预防故障的发生。
四、多普勒效应在电磁波中的应用1、雷达系统雷达通过发射电磁波并接收反射回来的电磁波来探测目标。
当目标相对于雷达移动时,反射波的频率会发生变化,通过分析这种频率变化,就可以确定目标的速度和运动方向。
简述多普勒效应?多普勒效应是⼀种常见的波动现象,⽐如在空⽓中,⼀辆救护车朝我们呼啸⽽来的时候,我们听起来救护车汽笛的⾳调(频率)升⾼了,当救护车远离我们⽽去的时候,我们听起来汽笛的⾳调会降低。
这⾥涉及两个运动,⼀个是声源(救护车)的运动,另外⼀个是声⾳接受者(⼈)的运动。
简化考虑,我们假设声源和声⾳接受者的运动都在⼀条直线上,但⽅向可以相同,也可以相反。
假设f0是声源的频率,我们可以证明,此时声⾳接受者听到的声⾳的频率f是:这⾥v_r是声⾳接受者相对于介质(空⽓)的速度,速度朝向声源为正,速度远离声源为负;v_s是声源相当于介质的速度,速度远离声⾳接受者为正,速度靠近声⾳接受者为负。
我们可以验证以上对速度正负的约定与我们的⽇常经验(听救护车汽笛声⾳⾳调的变化)是⼀致的。
下⾯对上⾯的这个频率公式予以简要的说明。
假设声源和声⾳接受者都静⽌,⼈听到声⾳的频率和声源的频率是⼀样的,都是:假设声源和声⾳接受者之间的距离是D,如果声源和声⾳接受者都静⽌,声源发出的声波传到声⾳接受者所需的时间是:这⾥c是声⾳在介质中的速度,假设声源静⽌,声⾳接受者以速度u向声源运动,此时声波传到声⾳接受者所需时间为:这⾥的D是任意选取的,我们可以取声波的波长λ为D:这意味着声⾳接受者听到的频率是:可见这个公式就是声源速度为0时的频率公式。
假设声源和声⾳接受者都静⽌,声源和声⾳接受者之间的距离正好是λ,在时间T0=λ/c内,声源发出的声波正好传播到声⾳接受者那⾥。
现在假设声源运动起来,速度u向着声⾳接受者运动,在t=T0时,声源和声⾳接受者之间的距离为:这个效应相当于波长被压缩为:对应频率是:上式就是对应声⾳接受者速度为零时的公式。
⼩结⼀下的话,声源的运动会导致波长的改变,⽽声⾳接受者的运动会导致提前听到声⾳,即波速改变了:这⾥假设u_r是声⾳接受者的运动,u_s是声源的运动,并且速度的⽅向都是使得声源和声⾳接受者靠近。
以上是声波的多普勒效应,电磁波也有多普勒效应,根据相对论我们可以推导光波的多普勒效应。