新教材適用2023-2024學年高中物理第三章機械波6.多普勒效應課件教科版選擇性必修第一冊

6.多普勒效應第三章內容索引010203自主預習新知導學合作探究釋疑解惑隨堂練習課標定位素養(yǎng)闡釋1.通過實驗,認識多普勒效應。2.能解釋多普勒效應產生的原因。3.能列舉多普勒效應的應用實例。1.知道多普勒效應,能定性分析多普勒效應產生的原因,形成正確物理觀念。2.能用多普勒效應解釋一些物理現象,培養(yǎng)科學思維。自主預習新知導學一、多普勒效應1.定義:當觀測者和波源之間有相對運動時,觀測者測得的頻率與波源頻率不同。2.成因(1)波源S與觀測者A相對于介質都靜止時,觀測者單位時間內接收到的完整波的數目與單位時間內波源發(fā)出的相同,所以觀測者接收到的頻率和波源的振動頻率相同。(2)當觀測者與波源兩者相互接近時,觀測者在單位時間內接收到的完整波的數目增多,接收到的頻率將大于波源振動的頻率。(3)當觀測者與波源兩者相互遠離時,觀測者在單位時間內接收到的完整波的數目減少,接收到的頻率將小于波源振動的頻率。二、多普勒效應的應用1.重要應用(1)測量心臟血流速度。(2)測定人造衛(wèi)星位置的變化。(3)測定流體的流速。(4)檢查車速。(5)判斷遙遠的天體相對于地球的運動速度。2.炮彈由遠處飛來從頭頂呼嘯而過的整個過程中,我們所聽到的音調會發(fā)生怎樣的變化?為什么?答案:波源與觀測者距離的變化會引起接收頻率的變化,頻率的變化會引起音調的變化,由于炮彈離我們先變近后變遠,所以我們聽到的音調先變高后變低?！舅伎加懻摗?/p>

1.判斷下列說法的正誤。(1)只要波源在運動,就一定能觀察到多普勒效應。(

)(2)只要觀測者在運動,就一定能觀察到多普勒效應。(

)(3)只要波源與觀測者之間有相對運動,就可能觀察到多普勒效應。(

)(4)當發(fā)生多普勒效應時,觀測者接收到的波的頻率可能增大,也可能減小。(

)(5)發(fā)生多普勒效應時,波源的頻率沒有發(fā)生變化。(

)(6)只有聲波才能發(fā)生多普勒效應。(

)√××√√×2.(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波,若魚群正向漁船靠近,則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比(

)A.波速變大

B.波速不變C.頻率變高

D.頻率不變答案:BC解析:在同種介質中,超聲波的傳播速度保持不變,根據多普勒效應可知,頻率變高,所以B、C正確。合作探究釋疑解惑知識點一多普勒效應的理解問題引領當火車鳴笛從遠方呼嘯而來,又奔馳而去時,觀測者聽到汽笛的聲音先變大后變小,音調由高變低,這都是多普勒效應引起的嗎?提示:多普勒效應指的是接收到的頻率的變化情況,即音調的變化情況;而聲音大小指的是響度,所以聲音變小不是多普勒效應,音調由高到低變化是多普勒效應。歸納提升1.多普勒效應是波共有的特征,不僅機械波,光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應。2.發(fā)生多普勒效應時,波源發(fā)出的頻率不變,變化的是觀測者接收到的頻率。3.多普勒效應產生的原因分析:(1)相對位置變化與頻率的關系(規(guī)律):相對位置圖示結論波源S和觀測者A相對靜止,如圖所示f觀測者=f波源音調不變相對位置圖示結論波源S不動,觀測者A運動,由A→B或A→C,如圖所示若靠近波源,由A→B,則f觀測者>f波源,音調變高;若遠離波源,由A→C,則f觀測者<f波源,音調變低觀測者A不動,波源S運動,由S→S',如圖所示f觀測者>f波源音調變高(2)成因歸納:根據以上分析可以知道,發(fā)生多普勒效應時,一定是由于波源與觀測者之間發(fā)生了相對運動。(1)無論什么情況,發(fā)生多普勒效應時,波源與觀測者肯定有相對運動,二者相互靠近時,觀測者接收到的頻率變高,相互遠離時,接收到的頻率變低。(2)多普勒效應的產生不是取決于觀測者距波源多遠,而是取決于觀測者相對于波源的運動速度的大小和方向。典型例題【例題1】

(多選)關于多普勒效應,下列說法正確的是(

)A.產生多普勒效應的原因是波源頻率發(fā)生了變化B.產生多普勒效應的原因是觀測者與波源之間發(fā)生了相對運動C.甲、乙兩列車相向行駛,兩車均鳴笛,且所發(fā)出的笛聲頻率相同,那么乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率低于他聽到的乙車笛聲頻率D.高速公路上的測速儀是應用多普勒效應測速的答案:BD解析:產生多普勒效應的原因是觀測者與波源發(fā)生了相對運動,而波源的頻率沒有發(fā)生變化,選項A錯誤,B正確;若甲、乙兩列車相向行駛,兩車均鳴笛,且所發(fā)出的笛聲頻率相同,乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率變大,他所聽到的乙車笛聲頻率不變,選項C錯誤;高速公路上的測速儀是應用多普勒效應測速的,選項D正確。【變式訓練1】

下圖表示產生機械波的波源O做勻速運動的情況下,某一時刻在介質平面中的情形,圖中的圓表示波峰。(1)該圖表示的是(

)A.干涉現象

B.衍射現象C.反射現象

D.多普勒效應(2)波源正在移向(

)A.A點 B.B點C.C點 D.D點(3)觀察到波的頻率最低的點是(

)A.A點 B.B點

C.C點 D.D點答案:(1)D

(2)A

(3)B解析:(1)該圖表示的是多普勒效應,正確的選項為D。(2)從波長變化情況來看,波源正在移向A點。(3)由于波源遠離B點,所以觀察到波的頻率最低的點是B點。知識點二多普勒效應的應用問題引領如圖所示,男同學站立不動吹口哨,一位女同學坐在秋千上來回擺動,當女同學靠近或遠離男同學時,她感覺的哨音有變化嗎?提示:在女同學蕩秋千的過程中,只要她有向右的速度,她都有靠近聲源的趨勢,根據多普勒效應,她感覺音調變高;反之,女同學向左運動時,她感覺音調變低。歸納提升1.多普勒效應的應用(1)多普勒效應測車速。(2)醫(yī)用彩色超聲波測定心臟跳動,了解血管血流等情況。(3)電磁波的多普勒效應為跟蹤目標物(如導彈、云層等)提供了一種簡單的方法。在軍事、航天、氣象預報等領域有了廣泛的應用。(4)用多普勒效應測量其他星系向著或遠離地球運動的速率。2.超聲波及其應用(1)定義:頻率高于2×104Hz的聲波。(2)特點:大功率的超聲波幾乎沿直線傳播。(3)應用:超聲波洗滌,超聲波碎石,超聲波探測儀,醫(yī)用彩超等。典型例題【例題2】

汽車無人駕駛技術已逐漸成熟,最常用的是ACC自適應巡航控制,它可以控制無人車根據前車的速度進行調節(jié)變速。汽車使用的傳感器主要是毫米波雷達,該雷達會發(fā)射和接收調制過的無線電波,再通過因波的時間差和多普勒效應造成的頻率變化來測量目標的相對距離和相對速度。若該雷達發(fā)射的無線電波的頻率為f,接收到的回波的頻率為f',則(

)A.當

f'=f

時,表明前車一定做勻速直線運動B.當f'=f時,表明前車一定處于靜止狀態(tài)C.當f'>f時,表明前車正在減速行駛D.當f'<f時,表明前車正在減速行駛答案:C解析:當聲源和觀測者之間的距離不變化時,觀測者接收到的頻率和聲源發(fā)出的頻率相等,故當f=f'時,說明二者之間的距離不變,表明前車與無人車速度相同,但不一定靜止或勻速直線運動,故A、B錯誤;當f'>f時,說明接收到的頻率增大,說明兩車距離減小,表明前車在減速行駛,故C正確;當f'<f時,說明接收到的頻率減小,說明兩車距離增大,表明前車在加速行駛,故D錯誤。當觀測者不動,聲源運動時,聲源兩側波長不相等,背離方向波長變大,接收頻率變小,前進方向波長變小,接收的頻率變大,但無論哪一方波在介質中的傳播速度都不變,它只由介質決定,與波源是否運動無關?！咀兪接柧?】

如圖所示,一架宇航飛機在太空中高速飛行返回地球,并保持與地球上觀測站R的正常聯(lián)系,設航天員每隔t0時間與地球聯(lián)系一次,發(fā)送頻率為f0的電磁波,在地球上觀測者看來,航天員連續(xù)兩次發(fā)送聯(lián)系信號的時間間隔t

(選填“等于”或“不等于”)t0;地面觀測站接收到該電磁波頻率f

(選填“大于”“等于”或“小于”)f0。

答案:不等于

大于

解析:由于宇航飛機高速返回地球,所以信息傳到地球所用時間越來越短,所以地面上的人看來,航天員發(fā)出的兩次聯(lián)系信號的時間間隔要小于t0;根據多普勒效應可知,地面觀測站接收到該電磁波頻率f大于航天員的發(fā)射頻率。課堂小結隨堂練習1.(多普勒效應的理解)(多選)下面哪些應用是利用了多普勒效應(

)A.利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度B.交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波,波被運動的汽車反射回來,根據接收到的頻率發(fā)生的變化,就知道汽車的速度,以便于進行交通管理C.鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況D.有經驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖嘯聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去答案:ABD解析:凡是波都具有多普勒效應,因此利用光波的多普勒效應便可測量遙遠天體相對地球運動的速度,故A選項正確;被反射的電磁波,相當于一個運動的物體發(fā)出的電磁波,其頻率發(fā)生變化,由多普勒效應的計算公式可以求出運動物體的速度,故B選項正確;鐵路工人是根據振動的強弱而對火車的運動情況作出判斷的,故C選項錯誤;炮彈飛行,與空氣摩擦產生聲波,人耳接收到的頻率與炮彈的相對運動方向有關,故D選項正確。2.(多普勒效應的應用)(多選)列車上安裝一個聲源,發(fā)出一定頻率的樂音。當列車與觀測者都靜止時,觀測者記住了這個樂音的音調。在以下情況中,觀測者聽到這個樂音的音調比原來降低的是(

)A.觀測者靜止,列車向他駛來B.觀測者靜止,列車離他駛去C.列車靜止,觀測者靠近聲源D.列車靜止,觀測者遠離聲源答案:BD解析:當觀測者和波源相互遠離時,觀測者聽到的樂音的音調變低,故A、C項錯誤,B、D項正確。3.(多普勒效應的理解)(多選)右圖是一波源O做勻速直線運動時在均勻介質中產生球面波的情況,則(

)A.該波源正在移向a點B.該波源正在移向b點C.在a處觀察,波的頻率變低D.在b處觀察,波的頻率變低答案:AD解析:波源到a方向的波峰