高中物理5 多普勒效应学案

这是一份高中物理5 多普勒效应学案，文件包含人教版2019选择性必修第一册新教材同步第三章5多普勒效应--教师版docx、人教版2019选择性必修第一册新教材同步第三章5多普勒效应--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共24页， 欢迎下载使用。
物理观念：
1.了解多普勒效应.
2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理.
3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象.
科学思维：
1.能运用多普勒效应解释一些物理现象.
2.能用惠更斯原理解释反射、折射现象.
科学探究：
1.进行演示实验“蜂鸣器音调的变化”，让学生实际感受一下音调随波源与观察者距离的变化而发生的变化.
科学态度与责任：
1.在实验过程中很好地保持交流与合作，敢于发表自己对探究过程与实验结论的理解或想法，并且能正确表达自己的观点.
一、多普勒效应
1.多普勒效应
波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象.
2.多普勒效应产生的原因
(1)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，观察到的频率等于波源振动的频率.
(2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(填“增加”或“减小”)，观察到的频率增加(填“增加”或“减小”)；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率减小(填“增加”或“减小”).
3.应用
(1)测量汽车速度:交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
(2)测血液流速(彩超):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。
(3)测星球速度:测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后与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。
1.判断下列说法的正误.
(1)发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化.( × )
(2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应.( × )
(3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化.( × )
2.如图1表示产生机械波的波源S做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰.该图表示________现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是________、________.
图1
答案 多普勒效应 A B
一、多普勒效应
警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化.思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？
答案 (1)警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低.(2)实际上警笛的音调不会变化.(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化.
多普勒效应产生的原因分析
1.多普勒效应是指观察者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。
2.发生多普勒效应时,波源的频率并没有变化,是接收者接收到的频率(单位时间内接收到的完整波的个数)发生变化(大于或小于波源频率)。
3.多普勒效应的产生不是取决于波源与观察者之间的距离大小,而是取决于二者间距离是否变化。
4.相对位置变化与频率的关系(规律)
5.成因归纳
根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动，且两者间距发生变化.
例1 新型列车动车组速度可达487.3 km/h,与该车汽笛声的音调相比。
(1)站在车运动前方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。站在车运动后方路旁的观察者听起来音调 (选填“偏高”或“偏低”)。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样?此时列车汽笛声的音调变化了吗?
(3)坐在该新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样?
答案 (1)偏高 偏低 (2)偏高 不变 (3)不变
解析 (1)站在车运动前方的观察者与列车在靠近,因此听起来音调偏高;站在车运动后方的观察者与列车在远离,因此听起来音调偏低。
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调偏高;此时列车汽笛声的音调不变。
(3)坐在新型列车动车组上的乘客与该列车的相对位置不变,故听起来音调不变。
观察者听到的音调的高、低取决于他接收到的声波频率的大小。在声源发声频率不变的情况下,观察者接收到的频率的变化情况取决于两者之间的距离是否变化。
针对训练1 在下列现象中,不能用多普勒效应解释的是( )
A.医生用超声波检查血流情况的“彩超”
B.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低
C.测量星球上某种元素发出的光波频率与地球上的同种元素静止时的发光频率比较判断星球的靠近或远离
D.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声
答案 D
解析 彩超是利用声波的多普勒效应,故A不符合题意;远去的列车发出的声音,由于多普勒效应音调变低,故B不符合题意;测量星球上某种元素发出的光波频率与地球上的同种元素静止时的发光频率可以根据多普勒效应判断星球靠近或远离,故C不符合题意;先看到闪电后听到雷声是因为光的传播速度大于声音的传播速度,故D符合题意。
1.(多普勒效应的应用)下列应用中没有应用多普勒效应的是( )
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.交通警察向进行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.铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车运动情况
D.有经验的战士从炮弹飞行的声音判断飞行炮弹是接近还是远去
答案 C
解析 铁路工人将耳朵贴在铁轨上来判断火车的运动情况,是利用声音在铁轨中的传播速度大于在空气中的传播速度这一规律,故选项C没有应用多普勒效应。
2.(多普勒效应的规律)以下关于多普勒效应的说法正确的是( )
A.产生多普勒效应时,波源的振动频率发生变化
B.产生多普勒效应时,波源的振动频率并没有发生变化
C.多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化
D.人与波源有相对运动时,接收到的频率一定发生变化
答案 B
解析 当观察者与波源有相对运动(接近或远离)时,观察者测得的频率有变化,但波源的频率不变。尽管观察者与波源有相对运动,但只要两者距离不变,此时就不会出现多普勒效应。
3.(多普勒效应的现象)上课时老师将一蜂鸣器固定在长竹竿的一端,然后使蜂鸣器快速水平旋转,蜂鸣器音调变得忽高忽低。下列说法正确的是 ( )
A.旋转时蜂鸣器发声的频率变化了
B.旋转蜂鸣器改变了同学们听到的声音频率
C.蜂鸣器音调变高时,一定是向远离观察者的方向运动
D.音调的忽高忽低是由波的干涉造成的
答案 B
解析 蜂鸣器发出声波的频率不变,只是同学们感觉到的声音频率变化了,故A错误,B正确;旋转过程中,声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近,有时远,发生多普勒效应,音调变高时,是向着靠近观察者的方向运动,故C、D错误。
专题一 对多普勒效应的理解
1.(多选)关于多普勒效应，以下说法正确的有 ( )
A.只有机械波才能产生多普勒效应
B.机械波和电磁波均能产生多普勒效应
C.产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化
D.产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化
答案 BD
解析 多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波还是电磁波，都能产生多普勒效应，故A错误，B正确。产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率不变，故D正确，C错误。
2.当波源远离观测者时，观测者所接收到的频率f'和波源振动的频率f的关系为 ( )
A.f'=f B.f'