物理粤教版选修3-4学案：课棠互动 第二章第五节多普勒效应 Word版含解析

2020-2021学年高二人教版物理选修3-4学案：第十二章5多普勒效应含解析5多普勒效应一、多普勒效应1．多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时,接收到的波的频率都会发生变化的现象．2．波源与观察者相对静止时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者接收到的频率等于波源振动的频率．3．当波源与观察者相互靠近时，1 s内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加,接收到的频率增加；反之,当波源与观察者互相远离时，接收到的频率降低．奥地利有一位名叫多普勒的数学家、物理学家.1842年的某一天,他正路过铁路交叉处,恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变尖,而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低．你知道这是为什么吗？提示：多普勒对这个物理现象产生极大兴趣，并进行了研究．发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象．因为,声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化．当声源离观测者而去时,声波的波长增加,音调变得低沉,当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高．音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关．这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”．二、多普勒效应的应用1．测车辆速度：交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度．2．测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率．然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球的速度．3．测血流速度：向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就可得血流速度．考点一多普勒效应1．多普勒效应波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫做多普勒效应．波源完成一次全振动，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决定的．1发生多普勒效应时,波源的频率并没有变化，只是观察者接收到的波的频率发生了变化。

高中人教版物理课时12.5多普勒效应1.通过实验感受多普勒效应。

2.初步定性解释多普勒效应产生的原因。

3.了解生活中常见的多普勒效应现象及其应用。

重点难点:多普勒效应概念及对多普勒效应的理解。

教学建议:本节主要以声波为例介绍多普勒效应,声波的多普勒效应比较常见,易于被学生接受。

教材只对多普勒效应作定性的分析说明,使学生对多普勒效应有初步了解,教学中不宜作过多的理论引申。

多普勒效应在生活中普遍存在,随着科学技术的发展,它的应用日益广泛,如交通管理、医疗检查等。

给学生作些介绍,可以开阔他们的眼界。

导入新课:在日常生活中,我们都会有这样的经历,当一列鸣着汽笛的火车驶来时,会发现火车汽笛的音调变高;而当火车逐渐远离时,会发现火车汽笛的音调变低。

为什么会发生这种现象呢?1.多普勒效应奥地利物理学家多普勒发现,波源和观察者互相①靠近或互相②远离时,接收到的波的频率都发生变化。

这种现象叫作多普勒效应。

2.产生原因当波源与观察者相对静止时,接收的频率③等于(填“大于”“小于”或“等于”)波源振动的频率;当波源与观察者互相靠近时,接收的频率④大于(填“大于”“小于”或“等于”)波源振动的频率;当波源与观察者互相远离时,接收的频率⑤小于(填“大于”“小于”或“等于”)波源振动的频率。

3.应用交通警车通过分析行进中车辆的反射波频率的⑥变化来确定车辆的速度;通过运动天体与地球某元素发射的光波的⑦频率对照可以确定天体的速度;医生向人体发射频率已知的超声波,通过测定血流反射波的⑧频率变化,就能知道血流速度,检查病变。

1.教材中用蜂鸣器做演示实验时,几米之外的人听到的声音有什么特征?解答:蜂鸣器音调忽高忽低。

2.波源与观察者距离变化时接收到的波的频率发生变化的现象,是谁发现的?解答:奥地利物理学家、数学家和天文学家多普勒。

3.发生多普勒现象时,波源的频率是否变化?解答:波源的频率是不变的。

主题1:多普勒效应问题:(1)我们在剧场听演唱会时,听到的声音频率与声源的频率是不是一致的?(2)我们乘坐火车出行,当我们乘坐的火车鸣笛时,火车静止不动和快速行驶两种状态下,我们听到的笛声频率是不是一样的?当与另一列高速行驶且正鸣笛的火车擦肩而过时,我们听到的笛声频率又是如何的?(3)当波源不动,观察者运动时,观察者接收到的频率会怎样变化?(4)当观察者不动,波源运动时,观察者接收到的频率会怎样变化?解答:(1)听到的声音频率与声源的频率是一致的。

2.5 多普勒效应知识要点一．多普勒效应（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，使观察者感到频率变化的现象叫作多普勒效应（二）多普勒效应的成因声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的．（三）多普勒效应的解释假设波源振动的频率为，观察者接收到的机械波频率为，波在介质中的传播速度为，观察者相对介质运动的速度为，波源相对介质运动的速度为，波源相对介质静止时发出机械波的波长为，1.当波源和观察者相对介质都静止不动(即二者没有相对运动时)（接收频率不变）2.波源相对介质不动，观察者相对波源运动时靠近：（接收频率变高）远离：（接收频率变低）3.观察者相对介质不动，波源相对观察者运动时靠近：由于波源相对介质发生运动，波源振动一个周期在介质中形成的简谐波的波长变为，但波在介质中的传播速度不发生变化（接收频率变高）远离：（接收频率变低）4.观察者与波源都相对介质发生运动靠近：（接收频率变高）远离：（接收频率变低）【总结】1．当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小．2．在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．3．多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应．（四）多普勒效应的应用1.有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢.2.有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去.3.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度.4.由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远天体相对于地球的运动速度。

课堂互动三点剖析1.长度的相对性，时间间隔的相对性长度的相对性：在相对论中，如果与杆相对静止的人认为杆的长度为L 0时，则与杆相对运动的人认为杆长是L ，那么两者之间的关系为：L=20)(1c v L -,即长度缩短.时间间隔的相对性：运动的人认为两个事件时间间隔为Δt′，地面观察者测得的时间间隔为Δt ，两者之间关系为Δt=2)(1'c v t -∆2.相对论的时空观，相对性与绝对性相对论的时空观：相对论认为空间和时间之间是有联系的，与物质的运动状态有关. 相对性与绝对性：时空量度是相对的，但客观事物的存在\发生与发展的过程又是绝对的，不以观察者所处的参考系的不同而改变.各个击破【例1】一支静止时长30 m 的火箭以3 km/s 的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的二分之一呢？解析：火箭相对于火箭上的人是静止的，所以不管火箭的速度是多少，火箭上的人测得的火箭长与静止时相同，为l′=30 m.如果火箭的速度为v=3×103 m/s ，地面观察者测得的火箭长l为l=m c v l 2832)103103(130)(1'⨯⨯-⨯=-=30×（1-5.0×10-11) m. 如果火箭的速度为v=c2,地面观察者测得的火箭长l 为 l=m cc c vl 22)2/(130)(1'-⨯=-=26 m. 【例2】A 、B 、C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、C 分别放在两个火箭上，以速度v B 和v C 朝同一方向飞行，v B ＜v C ，地面上的观察者认为哪个时针走得最慢？哪个走得最快？图5-2-1解析：如图5-2-1，地面上的观察者认为C 钟走最慢，因为它相对于观察者的速度最大.根据公式Δt=2)(1'c v t -∆可知，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢.地面钟v=0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面钟走得最快.答案：A最快C最慢【例3】一列火车以速度v相对地面运动，如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁（如图5-2-2)，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？图5-2-2解析：火车上的人测得闪光先到达前壁.由于地面上的人测得闪光同时到达前后两壁，而在光向前后两壁传播的过程中，火车相对于地面向前运动一段距离，所以光源发光的位置一定离前壁较近，这个事实对于车上、车下的人都是一样的，在车上的人看来，既然发光点离前壁较近，各个方向的光速又是一样的，当然闪光先到达前壁.答案：光到达前壁。