3.5多普勒效应 (教案)——高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

3.5多普勒效应
〖教材分析〗
声波的多普勒效应比较常见。

我们只对它做定性分析，使学生有初步的了解。

多普勒效应在生活中的应用非常的多，如交通管理、医疗检查、星空探测等。

给学生做介绍，可以开阔他们的眼界。

增加对社会的认识，用物理的眼光审视社会现象。

〖教学目标与核心素养〗
物理观念∶通过分析实验，能够理解多普勒效应。

科学思维∶能够理解多普勒效应中频率的关系。

科学探究：能用多普勒效应解释生活中的有关问题。

科学态度与责任∶培养学生善于发现生活中物理规律的习惯，养成严谨的科学态度。

〖教学重难点〗
教学重点：能解释多普勒效应产生的原因。

教学难点：能解释多普勒效应产生的原因。

能用多普勒效应解释有关问题。

〖教学准备〗
音响。

〖教学过程〗
一、新课引入
（播放视频）当一辆汽车响着喇叭，从你身边
疾驰而过，听到的喇叭声音是这样的，你能听出声
音有什么变化吗？
你可能觉得声音由大变小了，但是还有一个重
要的变化，就是声音的频率由高变低了。

在这个现象中，笛声的波源不变，因此笛声的频率并没有改变，那接收到的声波频率为什么会变化呢？
二、新课教学
这种现象是奥地利物理学家多普勒首先发现并提出的。

他有一次带着女儿在
铁道旁散步时，火车鸣笛经过，使他注意到了类似的现象。

播放火车远离的视频。

之后经过认真的研究发现，当波源与观察者相互靠近或
者相互远离时，接触到的波的频率都会发生改变，并给出了
相应的解释。

人们就以他的名字命名了这种现象，称作多普
勒效应。

多普勒效应：波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。

（一）多普勒效应
演示：蜂鸣器音调的变化
将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开
关后听一听它发出的声音。

请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在
头顶快速转动，在几米之外听它的声音有什么变化。

通过动画演示这个实验。

实验表明，波源在靠近观察者时，观察者接收的频率变大；波源在远离观察者时，观察者接收的频率变小。

继续做如下的模拟实验。

①当波源完成一次全震动，它就会向外发出一个波长的声波。

如果观察者和波源都不动，那波源发出声波的频率和观察接受收到的频率就是一样的。

②如果观察者不动，波源向观察者靠近的话，就会发现观察者在单位时间内接收到声波的密度，数量增加，也就是观察者接收到声波的频率变高。

③如果波源远离观察者，单位时间接收到的密度数量减
少，接收声波的频率变小。

这是观察者移动波源不动的情况，
接下来再看看观察者不动波源移动的情况。

这个波源就有一个
向右的移动速度，它发出的波以此刻的波源为圆心。

当波源向
右移动时新波的圆心就是波源现在的位置，经过一段时间后波
的示意图就是这样的。

波源移动到了这儿，因为发出波的圆心
在不断向右移动，所以不远右侧的波面变得密集，左侧变得稀疏，但波在介质中传播的速度并没有改变，这就导致观察者在波源的右侧时，单位时间接收到的波
的个数增多，即接触到声波的频率大于生源发出声波的频率。

反之观察者如果在波源的左侧接触到的声波频率，就小于波源发出声波的频率。

从以上的分析可以看出，在多普勒效应中，波源的频率并没有变化，只是由于波源和观察者的相对运动，使得观察者接受到的频率发生了变化。

思考与讨论
固定在振动片上的金属丝周期性触动水面
可以形成水波。

当振动片在水面上移动时拍得一
幅如图 3.5-3 所示的照片，显示出此时波的图
样。

由照片是否可知，振动片正在向图中哪个方
向移动？单位时间内是水波槽左边接收完全波
个数多还是右边接收完全波个数多？
（二）多普勒效应在科学技术中有广泛的应用
①多普勒测速仪
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。

利用多普勒测速仪，还可
以测量水在海底的流速，为养殖场寻找适合贝类生长的
场所。

②彩超 波源
观察者 频率关系 静止
静止 观察者接收频率 等于 波源的频率
静止
观察者靠近波源 大于 静止
观察者远离波源 小于 波源靠近观察者
静止 大于 波源远离观察者
静止 小于
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。

这种方法俗称“彩超”，
可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。

③星空探测
课堂练习
例1：关于多普勒效应，下列说法正确的是（）
A．多普勒效应是由于波的干涉引起的
B．多普勒效应说明波源的频率发生改变
C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的
D．只有声波才可以产生多普勒效应
解析：由多普勒效应定义。

波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。

C项正确。

例2：当火车进站鸣笛时，我们可听到的声调（ A ）
A．变高
B．不变高
C．越来越沉
D．不知声速和火车车速，不能判断
例3：海豚具有完善的发射和接收超声波器官，在一些重要性能上，如确定方位的灵敏度，都远远优于现代的无线电定位系统，它发射的波比无线电的微波（ D ）
A、速度快，方向性好
B、频率高，抗干扰能力强
C、波长小，传播距离远
D、在介质中衰减小，传播距离远
例4：关于多普勒效应下列说法中正确的是（B）
A、只有声波才有多普勒效应
B、光波也有多普勒效应
C、只有机械波才有多普勒效应
D、电磁波不能发生多普勒效应
〖板书设计〗
3.5多普勒效应
一、多普勒效应
波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化
二、多普勒效应的应用
1.多普勒测速仪
2.彩超
3.星空探测
〖教学反思〗
多普勒效应，内容少，学习起来也相对简单。

正是如此，学生不重视，不能够正确把握接收频率的变化情况。

另外本节课的内容与生活有大量的联系，可以补充介绍一下应用实例。