多普勒效應(yīng)-課件

第十二章機(jī)械波12.5多普勒效應(yīng)惠更斯原理目標(biāo)定位1.了解多普勒效應(yīng)，并能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象.2.知道什么是波面和波線，了解惠更斯原理.3.知道波傳播到兩種介質(zhì)交界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，并能用惠更斯原理進(jìn)行解釋.一、多普勒效應(yīng)

問題設(shè)計(jì)有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車汽笛聲判斷火車的運(yùn)行方向和快慢，請你說一說他們是根據(jù)什么作出的判斷.答案火車靠近時(shí)，音調(diào)變高；火車遠(yuǎn)離時(shí)，音調(diào)變低；由音調(diào)變化的快慢可判斷火車運(yùn)行的快慢.知識(shí)探究要點(diǎn)提煉1.多普勒效應(yīng)：波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的

發(fā)生變化的現(xiàn)象.2.多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因分析：(1)相對位置變化與頻率的關(guān)系(規(guī)律)：相對位置圖示結(jié)論波源S和觀察者A相對靜止，如圖所示f觀察者＝f波源音調(diào)不變頻率波源S不動(dòng)，觀察者A運(yùn)動(dòng),由A→B或A→C，如圖所示若靠近波源，由A→B，則f觀察者>f波源，音調(diào)變高；若遠(yuǎn)離波源，由A→C，則f觀察者<f波源，音調(diào)變低觀察者A不動(dòng)，波源S運(yùn)動(dòng)，由S→S′，如圖所示f觀察者>f波源音調(diào)變高(2)成因歸納：發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，一定是由于波源與觀察者之間發(fā)生了

.二者互相靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率變高，互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率變低.3.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源產(chǎn)生的波的頻率并沒有變化，只是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生了變化.4.多普勒效應(yīng)是波的特性，不是只有機(jī)械波會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，后面所學(xué)的光波、電磁波也會(huì)產(chǎn)生這一現(xiàn)象.相對運(yùn)動(dòng)二、波面、波線、惠更斯原理

問題設(shè)計(jì)把一顆石子投到平靜的池塘里，會(huì)激起一圈圈起伏不平的水面波向周圍傳播，你知道向四面八方傳播的波峰(波谷)為什么會(huì)組成一個(gè)個(gè)圓嗎？答案因?yàn)樗ㄓ刹ㄔ聪蛩闹軅鏖_，向各個(gè)方向的波速都一樣，所以向四面八方傳播的波峰(波谷)組成一個(gè)個(gè)圓.要點(diǎn)提煉1.波面：在波的傳播過程中，任一時(shí)刻介質(zhì)中

的點(diǎn)組成的面叫做波面.2.波線波線是指與波面垂直的那些線，它代表了波的

如圖1所示.圖1任何振動(dòng)狀態(tài)相同傳播方向3.惠更斯原理介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看做

，其后任意時(shí)刻，這些子波在波前進(jìn)方向的

就是新的波面.4.惠更斯原理只能解釋波的傳播方向,不能解釋波的

,無法說明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物的

的關(guān)系.發(fā)射子波的波源包絡(luò)面強(qiáng)度大小三、波的反射和折射

問題設(shè)計(jì)1.對著山崖或高墻說話時(shí)，能聽到回聲；夏日的雷聲在云層間轟鳴不絕，你知道這是怎么回事嗎？答案這兩種現(xiàn)象都是由于聲波的反射造成的.2.波不僅有反射現(xiàn)象，也有折射現(xiàn)象，請用惠更斯原理解釋波的反射和折射現(xiàn)象.答案(1)波的反射的解釋：如圖所示，a、c、b三條波線并不同時(shí)到達(dá)界面，它們到達(dá)界面時(shí)產(chǎn)生子波的時(shí)間也就有先有后，子波傳播的距離也就有遠(yuǎn)有近，A′B′是新的波面，與反射波方向垂直.但由于反射波與入射波相比，波長、波速和頻率都不變.所以在圖中直角三角形A′AB′≌直角三角形BB′A.也就可以進(jìn)一步證明入射角i＝反射角i′.(2)波的折射的解釋如圖所示，當(dāng)波線a首先于時(shí)刻t由介質(zhì)1到達(dá)界面，之后又經(jīng)過時(shí)間Δt，波線b也到達(dá)界面；這時(shí)A、C′兩點(diǎn)發(fā)出的子波在介質(zhì)2中的包絡(luò)面為圖中的A′B′，這是波進(jìn)入介質(zhì)2之后的新的波面.由于是兩種不同的介質(zhì)，其中波的傳播速度v1、v2不一定相同，在Δt時(shí)間內(nèi)，兩條波線傳播的距離AA′和BB′也不一定相同，因此波進(jìn)入第二種介質(zhì)后傳播方向常常發(fā)生偏折.要點(diǎn)提煉1.波的反射(1)定義：波遇到介質(zhì)界面會(huì)

繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.(2)反射波的波長、波速、頻率跟入射波的

.2.波的折射(1)波從一種介質(zhì)

另一種介質(zhì)時(shí)，波的

發(fā)生改變的現(xiàn)象.(2)波的折射中，波的頻率不變，波速和波長發(fā)生改變.返回相同進(jìn)入傳播方向(3)波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的原因是波在不同介質(zhì)中傳播

不同.速度延伸思考機(jī)械波在兩介質(zhì)的界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象時(shí)，波的頻率f、波速v、波長λ是否變化？答案頻率f由波源決定，故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率即波源的振動(dòng)頻率相同；波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變，而折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，所以波速變化.據(jù)v＝λf知波長λ與v及f有關(guān)，即與波源和介質(zhì)有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，頻率不變，波速不變，故波長λ不變，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速不同，頻率不變，故λ不同.典例精析一、對多普勒效應(yīng)的理解例1關(guān)于多普勒效應(yīng)，以下說法中正確的是(

)A.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率發(fā)生了變化B.發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化C.多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的D.只有聲波才能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)解析由于波源的頻率只與波源本身在單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)有關(guān)，而與波源是否運(yùn)動(dòng)或觀察者是否運(yùn)動(dòng)的情況均無關(guān)系，故A選項(xiàng)不正確；當(dāng)發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，由于觀察者與波源的相對位置發(fā)生了變化，當(dāng)距離增大時(shí)，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)減少，反之，接收到完全波的個(gè)數(shù)就增加，可見觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率并不一定是相等的，只有當(dāng)波源與觀察者相對靜止時(shí)二者才是相等的，故B、C選項(xiàng)都是正確的；一切波都能發(fā)生多普勒效應(yīng)，故D選項(xiàng)不正確.答案BC例2如圖2甲所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說法正確的是(

)圖2A.女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過程中，她感受哨聲音調(diào)變高B.女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C.女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)不變D.女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺哨聲音調(diào)變低解析女同學(xué)蕩秋千的過程中，只要她有向右的速度，她就有靠近聲源的趨勢，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她就能感到哨聲音調(diào)變高；反之，女同學(xué)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感到音調(diào)變低.選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤.答案AD二、對惠更斯原理的理解例3對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是(

)A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同B.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面D.無論怎樣的波，波線始終和波面垂直解析按照惠更斯原理：波面是由任意時(shí)刻振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，故A對，B錯(cuò).由波面和波線的概念，不難判定C、D正確.答案ACD三、波的反射和折射及應(yīng)用例4圖3中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(

)A.2與1的波長、頻率相等，波速不等B.2與1的波速、頻率相等，波長不等C.3與1的波