多普勒效应

多普勒效应章节选修3－4第二章第六节课型新授课课时1课时备课人欧楚章教学目标知识与技能1．通过实验，感受多普勒效应．2．知道多普勒效应产生的原因。3．了解多普勒效应在生活中的应用．过程与方法1.通过实验、多媒体课件演示激发学生学习物理的兴趣，培养学生观察能力，和从物理现象入手，通过理论演绎和实验验证研究物理问题的方法。2．通过对物理问题的分析论证培养学生勤于思考的习惯和分析问题的能力。3．通过多普勒效应应用的学习，培养学生查阅资料和整理资料的能力。情感态度与价值观1．通过对多普勒效应的学习，让学生体会到物理源于生活又服务于生活。2．通过对多普勒效应的探究性学习，激发学生的合作意识和创新意识，树立正确的学习观．重点1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别.2.多普勒效应的定义及产生条件；难点1．波源的频率与观察者接收到的频率的区别.2．对多普勒效应成因的探究论证。教具课件、蜂鸣器、水波发生器教学环节教学过程教师调控和学生活动新课引入同学们，在前面我们学习了许多关于波的知识，例如，波的干涉、衍射是一切波特有的现象，今天我们在来学习另外一种有关波的物理现象。请观察下面的实验。【演示实验】1)蜂鸣器静止,学生听声音有无变化;2)两个学生分别站在教室前后,手中牵一根绳,让发生器在绳上快速运动,其他学生注意听声音有无变化.【问题】生活中有无类似的现象？【录像】行驶中鸣笛的汽车和火车。［学生叙述听到的声音情况］1）静止时，听不到声音的变化；2）发生器靠近时，声音变得尖锐(音调变高)；发生器远离时，声音变得低沉(音调变低).学生举例：行驶中的汽车鸣笛；火车鸣笛进站；飞机新课教学【问题】音调的高低由什么决定?【学生乐器演示】声音的音调和响度。乐律C调音节中各音的频率。唱名doremifasollasido（高）f/Hz264297330352396440495528【问题】回忆实验和录像，在什么条件下，我们听到声音的频率会发生变化？【引入新课】这种由于声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．【板书】多普勒效应这一现象是奥地利科学家多普勒在1842年提出并作出解释的，因此叫做多普勒效应。（一）多普勒效应成因分析【问题】多普勒效应是生活中常见的一种现象，在平时我们也观察到了这种现象，那么大家有无想过，为什么会产生多普勒效应，在产生多普勒现象时有无可以遵循的物理规律存在？下面我们就共同来探究多普勒效应的形成原因。【问题】在多普勒效应中，观察者感受到声音的频率发生了变化，那么，人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？声源的频率：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；观察者的接受到的频率：单位时间接收到的完全波的个数的。【问题】多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动产生的，那么波源的频率和观察者的频率二者与运动有什么关系？实际的多普勒效应比较复杂，我们只研究最简单的现象，即当波源和观察者在同一条直线上的相对运动时的情况。【问题】那么在同一条直线上观察者和波源的运动情况可能有哪些？起飞等。音调的高低由声源频率的决定，频率越高，音调越高。学生：相对运动。学生的反应：？师生讨论、建立概念：学生讲述声源的频率和观察者的频率。学生讨论：波的频率由波源自身的振动决定，与波源是否运动无关。心中存疑：观察者接收到的频率发与运动有关系。原因是什么？下面我们就通过研究这几种情况下的普勒效应来探究其成因。1．当波源S和观察者A都相对介质都静止，即二者没有相对运动时：【课件展示】：声波每完成一次全振动向外传播一个波长的球面波。从声波传到观察者计时，假设波源频率为20Hz，即波源每秒发出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，结论：不发生多普勒效应。2．当波源S相对介质不动，观察者A相对介质运动时：①波源相对介质不动，观察者靠近波源运动时；情景同前，假设观察者在1s内由A运动到B点，则波源在1s内发出完全波的个数仍为20个不变，但观察者在1s内接收到的完全波的个数增多1个，为21个，即观察者接收到的频率增大．【课件展示】②波源相对介质不动，观察者远离波源运动时；如1s观察者从A点运动到C点，波源频率不变，观察者接受到19个完全波，观察者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．3．观察者A相对介质不动，波源S相对介质运动。（即实验演示的情景）请学生分析原因。【课件展示】【实验验证】水波的多普勒效应。[学生思考]：四种情况：1）波源和观察者均静止；2）波源不动，观察者运动；3）波源运动，观察者不动；4）波源和观察者均运动。【学生观察，小结：】观察者接收到的频率等于波源的频率，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”．【学生观察、讨论、小结】在这种情况下，由于观察者自身的运动，导致观察者接收到的频率会改变．变化规律：观察者靠近波源，接收频率变大；远离波源，接收频率变小。【学生讨论】可能有两种解释：1）接收频率的变化是由于波源运动造成的，波面仍是同心圆。（错误）教师：波源和观察者均相对运动的情况比较复杂，课上不作讨论。有兴趣的同学课下可以思考。请同学们根据前面的讨论对多普勒效应进行总结。【结论】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．【注意】在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．同学们，在前面我们通过实验，观察到了声波的多普勒现象，提出了多普勒效应的概念，又通过理论分析和实验验证解释了多普勒效应的成因，得出了多普勒效应的定性规律。这便是研究物理现象和规律的基本的科学方法。事实上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。物理规律源于生活和研究，又能为我们的所应用，如果你作为一个研究者，你认为多普勒效应能在哪些方面做出贡献？【教师引导】接收频率与相对运动的速度通过推导可建立定量关系，因此根据多普勒效应不仅可以判断速度的方向，也可以测定速度的大小。（二）多普勒效应的应用【问题】请举出你所知道的生活中有关多普勒效应的应用有哪些？2）由于波源的运动，沿运动方向波被压缩（波长变短），背离运动方向波被拉长（波长变长）。可让学生画图。根据fv，同种介质中波速不变，是波长的变化导致了接收频率发生变化。如同，当观察者在波源右边时，单位时间接收到的完全波的个数增加，即接收频率增大；当观察者在波源左方C点时，单位时间内接收到的完全波的个数减小，即接收频率减小。学生总结。学生思考、交流、回答：接收频率的变化与速度之间的定性关系，由频率变化可知速度运动的方向。CSAB课堂小结1．（定量）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．2．测速：例如，交警用的雷达测速仪、用光的多普勒效应测天体的速度、多普勒水流测速仪。【视频】【问题】前面我们已经了解了多普勒效应的成因，现在你能否利用所学的知识解释测速的原理原理：交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（一般是红外线），波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度.3．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．这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变．【视频】4．在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”，所谓“红移现象”，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．4．光波的多普勒效应：【视频展示】光波与声波的不同之处在于,光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化.如果恒星远离我们而去,则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。“红移现象”是宇宙大爆炸理论的一个有力证据。【问题】通过这节可的学习，你学到了哪些知识，有什么感触？学生讨论、交流：师生共同探讨应用原理。学生介绍、视频学生介绍，师生共同探讨原理。学生交流