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第十二章机械波5多普勒效应6惠更斯原理知识内容选考要求课时要求多普勒效应b1.了解多普勒效应现象及其简单应用；初步理解多普勒效应产生的原因.2.了解波面、波线的概念，知道惠更斯原理，理解球面波与平面波的传播特点.3.会用惠更斯原理解释波的反射、折射以及分析简单的问题.惠更斯原理bNEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双击强化落实自主预习一、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，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是的，观察到的频率波源振动的频率.(2)当波源与观察者相向运动时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目_____(填“增加”或“减小”)，观察到的频率(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(填“增加”或“减小”).频率一定增加增加减小等于3.应用(1)测车辆速度.(2)测星球速度.(3)测血流速度.二、惠更斯原理1.波面和波线波面：任何相同的点组成的一个个圆.波线：代表了波的传播方向，与波面的线.2.惠更斯原理(1)定义：介质中任一波面上的各点，都可以看做，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的就是新的波面.(2)应用：用惠更斯原理可以说明平面波的，解释波的，不能解释波的.无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的的关系.振动状态垂直发射子波的波源包络面传播衍射强度大小3.波的反射和折射(1)反射现象：波遇到介质界面会原介质继续传播的现象.(2)折射现象：波从一种介质另一种介质时，波的发生改变的现象.返回进入传播方向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.()(4)波的折射现象和反射现象都可以用惠更斯原理解释.()即学即用×××√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1B多普勒效应A重点探究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？一、多普勒效应导学探究答案警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低.(2)实际上警笛的音调会变化吗？答案实际上警笛的音调不会变化.(3)听到音调发生变化的原因是什么？答案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.相对位置变化与频率的关系(规律)知识深化相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止，如图所示f观察者＝f波源音调不变波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C，如图所示若靠近波源，由A→B，则f观察者f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者f波源，音调变低观察者A不动，波源S运动，由S→S′，如图所示f观察者f波源音调变高2.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关于多普勒效应，下列说法中正确的是A.发生多普勒效应时，波源频率发生了变化B.要发生多普勒效应，波源和观察者必须有相对运动且两者间距发生变化C.火车向你驶来时，你听到的汽笛声音调变低，火车离你远去时，你听到的汽笛声音调变高D.只有声波才能发生多普勒效应√解析发生多普勒效应时，波源频率并没有发生变化，波源和观察者必须有相对运动，且两者间距发生变化才能发生多普勒效应，故A错误，B正确；根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高，听到的声音音调变高，当波源和观察者间距变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低，听到的声音音调变低，故C错误；所有波都能发生多普勒效应，故D错误.[学科素养]例1判断是不是发生了多普勒效应.首先确定波源与观察者间距是否发生了变化.当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变.意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.针对训练(多选)(2017·湖州市高二下学期期中)火车上有一个声源发出频率一定的音乐.当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调.以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是A.观察者静止，火车向他驶来B.火车静止，观察者乘汽车向着火车运动C.观察者静止，火车离他远去D.火车静止，观察者乘汽车远离火车运动解析根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高.当波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低.观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大.所以A、B错误，C、D正确.√√二、惠更斯原理1.惠更斯原理的实质波面上的每一点(面元)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面.其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的.2.惠更斯原理的局限性波的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释.但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系.例2(多选)对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.无论怎样的波，波线始终和波面垂直√解析按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，A正确，B错误.由波面和波线的概念可知，C、D正确.√√三、波的反射和折射及应用如图所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？导学探究答案返回介质Ⅰ时波的频率和波长均不变，进入介质Ⅱ时波的频率不变，波速变化，由v＝λf得，波长变化.1.波的频率是由波源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的.2.波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变.3.波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝可知波长变大；反之变小.知识深化vfvf例3图2中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则图2A.2与1的波长、频率相等，波速不等B.2与1的波速、频率相等，波长不等C.3与1的波速、频率、波长均相等D.3与1的频率相等，波速、波长均不等√解析波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不同，故C错，D对.vf例4某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？答案425m解析设两墙壁间的距离为s，测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x，第一次听到回声时，2x＝vt1第二次听到回声时，2(s－x)＝v(t1＋Δt)其中Δt＝0.5s，t1＝1s，代入数据得：s＝425m.回声测距的三种情况1.当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声·.2.当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)·.3.当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)·.总结提升t2t2t2达标检测1.(对多普勒效应的理解)(多选)一频率为600Hz的声源以20rad/s的角速度沿一半径为0.80m的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图3所示，下列判断正确的是A.观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600HzB.观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600HzC.观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600HzD.观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600Hz√1234图3√52.(多普勒效应的应用)(多选)下面哪些应用是利用了多普勒效应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.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的波，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.铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况D.有经验的战士从炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去√1234√√53.(对惠更斯原理的理解)(多选)如图4所示，A、B分别为t＝t1、t＝t2时平面波的波面，下列说法正确的是A.波面A和波面B互相平行B.波面A上的各个质点的振动情况不一定相同C.波面B上的各个质点的振动情况不一定相同D.波面A上的各个质点的振动情况相同，波面B上的各个质点的振动情况也相同解析由波面的定义可得，D正确，B、C错误；平面波的波面与波源平行，可知波面A和波面B互相平行，故A正确.1234图4√√54.(对波的现象的综合认识)下列物理现象：(1)在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；(2)“闻其声而不见其人”；(3)学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；(4)当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高.这些物理现象分别属于波的A.反射、衍射、干涉、多普勒效应B.折射、衍射、多普勒效应、干涉C.反射、折射、干涉、多普勒效应D.衍射、折射、干涉、多普勒效应1234解析在春天里一次闪电过后，雷声轰鸣不绝，属于声波的反射；“闻其声而不见其人”属于声波的衍射；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应.√55.(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为0.2m.当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m，如图5所示，若空气中的声速是340m/s.求：(1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；1234解析声波在空气中传播时，由v＝λf得：答案1700Hz图5空气中频率f＝v1λ1＝3400.2Hz＝1700Hz.由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1700Hz.5(2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度；1234解析由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1700m/s＝1020m/s.答案1020m/s(3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4s返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？答案204m解析声波经t2＝0.2s传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h＝v2·t2＝1020×0.2m＝204m.5课时对点练一、选择题考点一多普勒效应1.关于多普勒效应，下列说法中正确的是A.当波源与观察者都运动时，才会发生多普勒效应B.当波源与观察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应C.只有机械波才能发生多普勒效应D.只要波源运动，就一定会发生多普勒效应123456789101112√解析当波源与观察者有相对运动且两者之间的距离发生变化时，观察者接收到的频率增大或减小，才会发生多普勒效应，选项A错误；当波源与观察者运动的速度相同时，无相对运动，相当于二者都静