高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 多普勒效应教案

导入新课

仔细听急救车的鸣笛声，你会发现一个现象：当车从你身边疾驰而过的时候，鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事？

体会生活中的现象，初步接触多普勒效应。

从生活中的实际情景出发，从学生了解的情景入手，吸引学生注意力，提高学生的参与度。

讲授新课

一、多普勒效应(Doppler effect)

1、现象(1842年发现)：当汽车向你驶来时，感觉音调变高；当汽车离你远去时，感觉音调变低。

2、音调：由频率决定，频率越高音调越高，频率越低音调越低。

3、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做多普勒效应。

注意：频率由声源决定，实际频率并没有变化。

做一做：将蜂鸣器固定在一长竹杆的一端，然后用竹杆将蜂鸣器举起，并在头上快速旋转。

思考1：描述在竹竿旋转过程中声音的变化？

思考2：三种情况下经过观察者的人数分别是多少？

思考3：请解释列车鸣笛声变化的原因

思考4：固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动时拍得一幅如图所示的照片，显示出此时波的图样。由照片是否可知，振动片正在向图中哪个方向移动？单位时间内是水波槽左边接收完全波个数多还是右边接收完全波个数多？

二、多普勒效应的成因

1、波源和观察者没有相对运动时

单位时间内波源发出几个完全波，观察者在单位时间内就接收到几个完全波，故观察者接收到的频率等于波源的频率。

2、观察者与波源的相对距离减小时

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。

3、观察者与波源的相对距离增大时

观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。

课堂练习1、(多选)如图所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是(　 　)

A、女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高

B、女同学从E向D运动过程中，她感觉哨声音调变高

C、女同学在C点向右运动时，她感觉哨声音调不变

D、女同学在C点向左运动时，她感觉哨声音调变低

解析：女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；反之女同学向左运动时，她感到音调变低。选项A、D正确，B、C错误。

答案：AD

三、多普勒效应的应用

多普勒效应是波动过程共有的特征，一切波（如电磁波和光波）都能发生多普勒效应。

应用1、雷达测速仪：交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是红外线），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。

应用2、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；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。

应用3、用多普勒效应测量其它星系向着还是远离地球运动的速率。

宇宙中的星球都在不停地运动．测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后跟地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。

应用4、临床上应用：彩色多普勒超声诊断系统

医生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，就能知道血流的速度．这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。

课堂练习2、公路巡警开车在高速公路上以100 km/h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，如果该电磁波被轿车反射回来时，警车接收到的电磁波频率比发出时低。

(1)此现象属于 (　　)

A．波的衍射　　    B．波的干涉      

C．多普勒效应     D．波的反射

(2)若该路段限速为100 km/h，则轿车是否超速？

(3)若轿车以20 m/s的速度行进，反射回的频率应怎样变化？

解析：(1)巡警车接收到的电波频率比发出时低，此现象为多普勒效应。

(2)因警车接收到的频率低，由多普勒效应知警车与轿车在相互远离，而警车车速恒定又在后面，可判断轿车车速比警车车速大，故该车超速。

(3)若该车以20 m/s的速度行进时，此时警车与轿车在相互靠近，由多普勒效应知反射回的频率应偏高。

答案：（1）C (2)超速　(3)偏高

学习多普勒效应的概念。

参与课堂小实验，并描述所听到的声音的变化。

让学生模拟多普勒效应。

尝试用所学习到的多普勒效应解释列车鸣笛声变化的原因。

观察图样，思考振动片的移动方向和现象的产生原因。

总结当波源和观察者发生相对运动的时候，接收到的频率并未发生变化。

完成课堂练习。

了解多普勒效应在科技生活中的应用。

完成课堂练习。

让学生参与课堂制作，充分发挥学生的主动性。并引导学生积极参与课堂思考。

用多普勒效应解释生活中的现象。

让学生更进一步的理解多普勒效应。

更直观的让学生理解，在和振源有相对运动的位置的地方，接收到的频率会发生变化。

此处应注意引导学生思考振源的频率是否发生变化。

通过课堂练习，进一步理解多普勒效应。

了解物理知识在现实生活中的应用，加强知识与现实科技生活的衔接。

拓展提高

1、(多选)下列关于多普勒效应的说法，正确的是 (　 　)

A．只有声波才能发生多普勒效应

B．当观察者靠近声源时，听到声音的音调升高，说明声源的频率升高了

C．当声源和观察者同时以相同的速度向同一方向运动时，不会发生多普勒效应

D．火车离站时，站台上的旅客听到火车的汽笛音调降低

解析：多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应，A项错误。发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接收到的频率发生了变化，B项错误。当波源和观察者以相同的速度同向运动时，两者之间无相对运动，不会发生多普勒效应，C项正确。火车离站时，站台上的旅客和火车相互远离，听到火车的汽笛音调降低，D项正确。

答案：CD

2、(2020·江苏省扬州中学高二下学期期中)如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况下，某一时刻在介质平面中的情形，图中的圆表示波峰。

(1)该图表示的是  (　　)

A．干涉现象　 B．衍射现象  

C．反射现象     D．多普勒效应

(2)波源正在移向  (　　)

A．A点　   B．B点　　 

C．C点　 D．D点

(3)观察到波的频率最低的点是  (　　)

A．A点　      B．B点　   

C．C点　    D．D点

解析：(1)该图表示的是多普勒效应，正确的选项为D。

(2)从波长变化情况来看，波源正在移向A点。

(3)由于波源远离B点，所以，观察到波的频率最低的点是B点。

答案：D、A、B

3、(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应 (　　　)

A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度

B．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，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理

C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况

D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去

解析：凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对地球远离的速度，A正确；被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，B正确；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，C错误；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，D正确。

答案：ABD

完成拓展提高练习题。

通过练习，巩固基础知识。

课堂小结

一、多普勒效应

1、形成原因：相对运动

2、现象

二、多普勒效应的应用

总结本节课所学知识。

帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。

板书