人教版 (2019)5 多普勒效应精品教案设计

第三章　机械波

第5节　多普勒效应

【教材分析】

本节课程所研究的问题比前面所学基础知识稍深一层的具有综合性的波的现象，学生学习中是具有一定的难度。教学中先从直观的视频以及图片让学生更加形象的认识多普勒效应，再通过对不同物理实验的探究使学生知道多普勒效应的产生原理，从而更好的理解多普勒效应在生活中的应用。

【教学目标与核心素养】

【物理观念】按照学生的认知规律，设计力求落实新课标的理念，从实验现象激发学生兴趣引出课题，使学生感受奇妙的物理现象。

【科学思维】探究完多普勒效应中观察音调高低的问题后，前后照应让学生解决引入实验的问题，最后回归生活。

【科学探究】让学生知道多普勒效应在生活中的应用，提供了一些具体的学生易于理解的案例，巩固和深化了多普勒效应产生的原因，让学生感受物理学研究的成就，培养学生的科学素养。

【科学态度与责任】让学生知道多普勒效应在生活中的应用，提供了一些具体的学生易于理解的案例，巩固和深化了多普勒效应产生的原因，让学生感受物理学研究的成就，培养学生的科学素养。

【教学重点与难点】

【教学重点】理解多普勒效应现象的产生原因。

【教学难点】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。

【教学过程】

一、【引入新课】

观看视频与图片：对多普勒效应产生直观认识。

多普勒现象模拟图1                          多普勒现象模拟图2

引出多普勒效应的概念：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（Doppler effect）。

二、【进行新课】

探究点一、多普勒效应

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并在头顶快速转动（图），在几米之外听它的声音有什么变化。

蜂鸣器音调的变化

多普勒效应产生的原因

(1)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率增加。

(2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小。

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。

课内探究对多普勒效应的理解：

当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，观测到的频率等于波源振动的频率；当波源与观察者相互接近时，1 s内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观测到的频率增加；反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率变小。

多普勒效应分析：

1.波源和观察者相对静止时，观察者接收频率与波源发出频率的关系？

2.波源和观察者相对运动时？

（1）相互靠近时？

（2）相互远离时？

结论：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。

注意：

1.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。

2.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。

思考与讨论：

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？

探究点二、多普勒效应的应用

1.修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车的运行方向和快慢。

2.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，由此可知汽车的速度。

3.根据光的多普勒效应，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地球的运动速度。

4.应用多普勒效应还可以跟踪人造地球卫星。

5.医疗：医院里用超声波，通过测定反射波的频率变化，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。

多普勒效应的应用：

测速仪

多普勒天气雷达

多普勒颈脑血液测速仪

多普勒水流测速仪                 水下多普勒测速仪

课堂重点知识小结

多普勒效应

(1)多普勒效应是所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波的强度发生变化的现象，要正确区分频率和强度这两个物理量。

(2)多普勒效应的产生不取决于波源和观察者相距多远，而取决于波源和观察者相对运动速度的大小和方向。

(3)波的传播速度不因波源的移动而改变。

(4)观察者垂直于波的传播方向移动时，不产生多普勒效应。

随堂练习

例1：(多选)下面说法中正确的是(　　)

A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了

B.发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化

C.多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的

D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的

E.多普勒效应是牛顿首先发现的A、P点到两波源的距离差等于1.5λ

【答案】BCD

【解析】当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，选项C正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A错误，选项B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，选项D正确。

例2：(单选)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超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出的低。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

【答案】C

【解析】巡警车接收到的超声波频率比发出的低，此现象为多普勒效应，选项C正确。

例3：(多选)下列说法中正确的是(　　)

A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了

B.发生多普勒效应时，观察者接收的频率发生了变化

C.多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的

D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的

【答案】BCD

【解析】当声源和观察者之间有相对运动时，会发生多普勒效应，但声源的频率并没有发生变化，所以A错误；多普勒现象产生的本质是观察者接收的频率不等于波源的频率，它首先由奥地利物理学家多普勒发现。

例4：(单选)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100 km/h      B.低于100 km/h

C.等于100 km/h      D.无法确定

【答案】A

【解析】该题考查对发生多普勒效应的原因分析。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正确。