2018-2019高中物理 第12章 機械波 12.5 多普勒效應課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、5多普勒效應,【自主預習】1.多普勒效應(1)定義:波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時,接收到的波的_____發(fā)生變化的現(xiàn)象。,頻率,(2)產(chǎn)生的原因:①波源與觀察者相對靜止時,1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是_____的,觀察到的頻率等于波源振動的頻率。②當波源與觀察者相向運動時,1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目_____,觀察到的頻率_____;反之,當波源與觀察者互相遠離時,1s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目_____,觀察到的頻率_____。,一定,增加,增加,減少,變小,,2.多普勒效應的應用(1)測車輛速度:交通警向行進中的車輛發(fā)射_____已知的超聲波,同時測量

2、反射波的_____,根據(jù)反射波__________的多少就能知道車輛的速度。(2)測星球速度:測量星球上某些元素發(fā)出的光波的______,然后與地球上這些元素_____時發(fā)光的頻率對照,可得星球遠離地球的速度。,頻率,頻率,頻率變,化,頻,率,靜止,,(3)測血流速度:向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波,超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收。測出反射波的_____變化,就可得出血流的速度。,頻率,【預習小測】1.(多選)下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應引起的()A.遠去的汽車聲音越來越小B.炮彈迎面飛來,聲音刺耳C.火車離你而去,音調(diào)變低D.大風中,遠處人的說話聲時強時弱【解析】選B、C。聽到的音調(diào)變化才

3、是多普勒效應,B、C正確。,2.有經(jīng)驗的鐵路養(yǎng)護人員可以從火車鳴笛的聲音判斷火車的行駛方向。他所利用的應是()A.聲波的干涉現(xiàn)象B.聲波的衍射現(xiàn)象C.聲波的多普勒效應D.聲波的反射現(xiàn)象【解析】選C。根據(jù)多普勒效應現(xiàn)象,當火車運動方向靠近養(yǎng)護人員時,他聽到的聲音音調(diào)較高,火車遠離養(yǎng)護人員時,他聽到的聲音音調(diào)較低。,,3.關(guān)于多普勒效應,下列說法正確的是()A.多普勒效應是由波的干涉引起的B.多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生了改變C.多普勒效應是由于波源與觀察者之間有相對運動而產(chǎn)生的D.只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應,,【解析】選C。多普勒效應是由于波源和觀察者之間發(fā)生相對運動而產(chǎn)生的,發(fā)生多普勒效應時

4、,波源的頻率不改變。因此,A、B錯誤,C正確;一切波都能發(fā)生多普勒效應,D錯誤。,主題一多普勒效應【互動探究】探究點1蜂鳴器音調(diào)變化將一個以電池作電源的蜂鳴器固定在長竹竿的一端,閉合開關(guān)后聽一聽它發(fā)出的聲音。請一位同學用竹竿把蜂鳴器舉起并在頭頂快速轉(zhuǎn)動,在幾米之外再聽它的聲音。請思考以下幾個問題:,,,(1)在幾米外聽到的聲音有什么變化?蜂鳴器的這種現(xiàn)象我們稱作什么?提示:當蜂鳴器轉(zhuǎn)到靠近觀察者時,聽到的蜂鳴器的音調(diào)變高;當蜂鳴器轉(zhuǎn)到遠離觀察者時,聽到的蜂鳴器的音調(diào)變低。蜂鳴器的這種現(xiàn)象我們叫做多普勒效應。,,(2)蜂鳴器發(fā)出的聲音的音調(diào)由什么決定?提示:音調(diào)由頻率決定,頻率大則音調(diào)高,頻率小

5、則音調(diào)低。(3)引起蜂鳴器產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么?提示:蜂鳴器與觀察者之間相對運動。,探究點2多普勒效應如圖所示為“多普勒效應”的模擬實驗。請思考下列問題:,,(1)圖甲、乙、丙分別類比什么(丙中觀察者的速度小于隊伍的行進速度)?提示:將隊伍看作聲源,甲圖類比觀察者不動,聲源靠近觀察者的情況;乙圖類比觀察者與聲源相向運動的情況;丙圖類比觀察者與聲源同向運動,且觀察者的速度小于聲源的速度的情況。,,(2)假設觀察者不動,隊伍行進速率恒定,此時“過人頻率”是40人每分鐘。那么實驗乙、丙觀察到的現(xiàn)象是什么?提示:乙圖中觀察者逆著隊伍行走,每分鐘與觀察者相遇的人數(shù)增加,即“過人頻率”大于40人每分鐘

6、;丙圖中,觀察者順著隊伍行走,每分鐘與觀察者相遇的人數(shù)減少,即“過人頻率”小于40人每分鐘。,(3)類比多普勒效應的模擬實驗,討論聲波產(chǎn)生多普勒效應的原因是什么。提示:當觀察者和聲源相對靜止時,1s內(nèi)通過觀察者的密部的數(shù)目是一定的,觀察到的頻率等于聲源振動的頻率,感覺音調(diào)不變;當聲源與觀察者相向運動時,1s內(nèi)通過觀察者的密部的數(shù)目增加,觀察到的頻率增加,感覺音調(diào)變高;反之,當聲源與觀察者互相遠離時,觀察到的頻率變小,感覺音調(diào)變低。,【探究總結(jié)】1.發(fā)生多普勒效應的幾種情況:,,2.多普勒效應中的頻率問題:(1)波源的頻率不會發(fā)生變化。(2)音調(diào)由頻率決定。(3)觀察者感覺到音調(diào)變化是因為發(fā)生相

7、對運動時,觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化,并非波源的頻率發(fā)生了變化。,【典例示范】如圖所示,產(chǎn)生機械波的波源P做勻速運動,圖中圓表示波峰,已知波源的頻率為f0,則下列說法正確的是()A.該圖表示波源正在向A點移動B.觀察者在A點接收波的頻率是定值且大于f0C.觀察者在B點接收波的頻率是定值且大于f0D.觀察者在C點或D點接收波的頻率是定值且大于f0,,【解題指南】解答本題應注意以下兩點:(1)當觀察者與波源的距離減小時,觀察者接收到的頻率變大。(2)當觀察者與波源的距離增大時,觀察者接收到的頻率變小。,,【解析】選C。根據(jù)多普勒效應產(chǎn)生的原因,該圖表示波源正在向B點移動,故A錯誤;當波源和觀察者

8、間距變小,觀察者接收到的頻率一定比波源頻率高。當波源和觀察者間距變大,觀察者接收到的頻率一定比波源頻率低,故B、D錯誤,C正確。,,【探究訓練】1.(多選)當人聽到聲音的頻率越來越低時,可能是因為()A.聲源和人都是靜止的,但是聲源振動頻率越來越低B.人靜止,聲源遠離人做勻速直線運動,且聲源的頻率不變,,C.人靜止,聲源遠離人做勻加速直線運動,且聲源的頻率不變D.聲源靜止,人遠離聲源做勻加速直線運動,且聲源的頻率不變,,【解析】選A、C、D。當人聽到聲音的頻率越來越低時,有兩種情況:一是聲源和人都是靜止的,但是聲源振動頻率越來越低;二是人和聲源發(fā)生相對遠離的運動,且相對速度越來越大時,A、C、

9、D正確。當人靜止,聲源遠離人做勻速直線運動時,與聲源靜止時相比較,人聽到的音調(diào)變低,但不是越來越低,故B錯誤。,,2.(2018西安高二檢測)頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動。以u表示聲源的速度,v表示聲波的速度(u

10、速度不變。選項B正確。,,【補償訓練】1.(多選)關(guān)于多普勒效應,以下說法正確的有()A.只有機械波才能產(chǎn)生多普勒效應B.機械波、電磁波、光波等均能產(chǎn)生多普勒效應C.產(chǎn)生多普勒效應的原因是波源的頻率發(fā)生了變化D.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化,,【解析】選B、D。多普勒效應是波動過程共有的特征,無論是機械波、電磁波還是光波都會發(fā)生多普勒效應,產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化,而波源的頻率不變,故B、D正確,A、C錯誤。,,2.(多選)假如一輛汽車在靜止時喇叭發(fā)出聲音的頻率是300Hz,在汽車向觀察者駛來又擦身而過的過程中,下列說法正確的是()A.當汽車向觀

11、察者駛來時,聽到喇叭聲音的頻率大于300HzB.當汽車向觀察者駛來時,聽到喇叭聲音的頻率小于300Hz,,C.當汽車和觀察者擦身而過后,聽到喇叭聲音的頻率大于300HzD.當汽車和觀察者擦身而過后,聽到喇叭聲音的頻率小于300Hz,,【解析】選A、D。當汽車向觀察者駛來時,兩者距離減小,單位時間內(nèi)觀察者接收的聲波個數(shù)增多,頻率升高,將大于300Hz,故A選項正確;當汽車和觀察者擦身而過后,兩者距離變大,單位時間內(nèi)觀察者接收的聲波個數(shù)減少,頻率降低,將小于300Hz,故D選項正確。,,【通法悟道】畫力的圖示的方法和步驟(1)確定研究對象。(波源與觀察者)(2)確定波源與觀察者是否有相對運動。若有

12、相對運動,能發(fā)生多普勒效應,否則不發(fā)生。(3)當兩者遠離時,觀察者接收到的波的頻率變小,靠近時觀察者接收到的波的頻率變大,但波源的頻率不變。,,主題二多普勒效應的應用【互動探究】1.有經(jīng)驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲中判斷出火車的運行方向,其原因是什么?提示:利用多普勒效應?；疖囘\行方向不同時,鐵路工人接收到聲音的頻率不同,感覺到的聲音的音調(diào)不同,因此可以從汽笛聲中判斷出火車的運行方向。,,2.公路巡警開車在高速公路上以規(guī)定的最高限速巡查,在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波,結(jié)果該電磁波被那輛轎車反射回來時,巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低,則該車是否超速?,,提示:

13、因巡警車接收到的頻率比發(fā)出時低,由多普勒效應知巡警車與轎車在相互遠離,而巡警車車速恒定且在后面行駛,可判斷轎車車速比巡警車車速大,故該車超速。,,3.你還能說出多普勒效應的應用嗎?提示:多普勒雷達、檢測海洋污染等。,,【探究總結(jié)】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(lǐng)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。,,【典例示范】沿直線行駛的汽車通過某觀測站時,觀察到汽車發(fā)出的聲音的頻率由1200Hz下降為1

14、000Hz,已知空氣中聲速為340m/s,求車速。,,【解題指南】解答本題應注意以下三點:(1)觀察的頻率由高到低,說明汽車先靠近觀察者運動,然后又背離觀察者運動。(2)接收到的聲波的頻率變化時,聲速不變。(3)頻率升高時,對應波長變短,頻率降低時,對應波長變長。,,【解析】當汽車駛向觀測站時,波長被壓縮為λ1=λ-v車T,觀測到的頻率f1=①同理,當汽車遠離觀測站時,波長變?yōu)棣?=λ+v車T,觀測到的頻率f2=②由①、②得v車==30.9m/s答案:30.9m/s,【探究訓練】1.(2018天水高二檢測)下面描述沒有利用多普勒效應的是()A.利用在地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙

15、遠天體相對于地球的運動速率B.交通警察向行駛中的汽車發(fā)射一個已知頻率的超聲波,波被運動的汽車反射回來,根據(jù)接收到的波的頻率發(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(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲可判斷飛行的炮彈是接近還是遠去,【解析】選C。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以測定遙遠星體相對地球運動的速率;被反射的超聲波,相當于一個運動的物體發(fā)出的超聲波,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;鐵路工人是根據(jù)振動的強弱而對列車的運動做出判斷的;炮彈飛行,與空氣摩擦產(chǎn)生聲波,人耳接收到的頻率與炮彈

16、的相對運動方向有關(guān),故只有選項C不是利用多普勒效應。,2.(2018杭州高二檢測)關(guān)于多普勒效應的敘述,下列說法正確的是()A.產(chǎn)生多普勒效應的原因是波源頻率發(fā)生了變化B.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者和波源之間發(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,乙車中的某旅客聽到的甲車笛聲頻率低于他所聽到的乙車笛聲頻率,,D.多普勒效應在科學技術(shù)中有十分廣泛的應用。醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波,經(jīng)人體血管中血流反射后又被儀器接收,測出反射波的頻率變化,就能知道血流的速度。這種方法俗稱“彩超”,可以檢查心臟、大腦的病變,【解析】選D。多普勒效應說明觀察者與波源有相對運

17、動時,接收到的波頻率會發(fā)生變化,但波源的頻率不變,故A錯誤;產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者和波源之間距離發(fā)生變化,而相對運動時,距離不一定變化,故B錯誤;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,故C錯誤;測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度,這種方法俗稱“彩超”,是利用多普勒效應原理,故D正確。,,【補償訓練】(多選)(2018揚州高二檢測)下列關(guān)于多普勒效應的說法,正確的是()A.醫(yī)院檢查身體用的“B超”儀運用了多普勒效應原理B.不僅機械波,電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應,,C.由地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波發(fā)生“紅移”現(xiàn)象(各條譜線的波長均變長),可以判斷遙遠天體正靠近地球D.靜止的觀察者聽到某個單一頻率聲源發(fā)出的聲音頻率越來越高,說明聲源正在遠離觀察者,,【解析】選A、B。醫(yī)院檢查身體用的“B超”儀是通過測出反射波的頻率變化來確定血流的速度,顯然是運用了多普勒效應原理,A正確;多普勒效應是波特有的現(xiàn)象,B正確;當波源與觀測者相互靠近時,觀測到的頻率增加,反之,當波源與觀測者相互遠離時,觀測到的頻率減小,D錯誤;“紅移”現(xiàn)象中各條譜線的波長均變長,即頻率變小,因此遙遠天體應正在遠離地球,C錯誤。,【課堂小結(jié)】,