人教版 (新课标)选修35 多普勒效应教学设计

多普勒效应

教学目标：

1、知道波源的频率于观察者接受到的频率的区别。

2、知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。

3、了解多普勒效应的一些应用。

教学重点：多普勒效应及产生的原因

教学难点：对多普勒效应的解释

教学过程：

一、多普勒效应

1、现象：奥地利物理学家多普勒发现：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化．演示课件：

听行驶中火车的汽笛声．当火车向你驶来时，感觉音调变高；当火车离你远去时，感觉音调变低（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低）。

2、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。

3、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，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。

解释：

（1）音调是由频率决定的．

我们在初中学过声音是由振动产生的，振动的频率决定声波的音调．

演示课件：声波的波面图．

说明：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．

如图10－18所示，当波源S和观察者A都不动，若波源频率为20Hz，则波源每秒发出20个完全波，这20个完全波通过观察者的时间为1S，即观察者每秒接收20个完全波，因此观察者接收到的波的频率没有改变，听到的是“原声原调”．

图10－18

（2）当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．

演示课件：波源相对介质不动，观察者朝着波源运动的情况．

可以看到，在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．

举例：如图10－19所示，波源不动，观察者向波源由A点经1秒钟运动到B点，虽然波源每秒仍发出20个完全波，但观察者每秒接收到21个完全波，即接收到的频率增大．图10－19

同样的道理，当观察者远离波源，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．

演示课件：观察者相对介质不动，波源向着观察者运动的情况．

可以看到，波源向右运动时，波源右方的波面变得密集，左方的波面变得稀疏，也就是说，波源右方的波长变短，左方的波长变长，如图10－20所示，因此，当观察者在波源右方时，单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收的频率增大．同理，当观察者在波源左方时，接收到的频率减小．图10－20

小结：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．

讨论：想像你以声波的速度随同某一个波峰一起远离波源，会是什么情景？（在运动过程中，你接收不到任何一个完全波，接收的频率变为零，即听不到波源的声响．）

4、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。

二、多普勒效应的应用

1、   声波的多普勒效应不只是用来“欣赏”火车笛声的变化，它也有许多重要应用。当一束超声波射到人体内两种组织的界面时将发生反射，当界面处于运动状态时(如心脏的跳动)，反射回来的超声波频率将因多普勒效应而发生变化，由此可以探测人体内脏器官因病变而引起的运动异常状况。现代医学上使用的胎心检测器、血流测定仪等有许多都是根据这种原理制成。

2、   根据汽笛声判断火车的运动方向和快慢，以炮弹飞行的尖叫声判断炮弹的飞行方向等。

3、红移现象：在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红衣现象”，所谓“红衣现象”，就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释：由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波长变大）的红端移动。科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度。这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。

小结：多普勒效应是指由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，他是奥地利物理学家多普勒在1842年发现的。