2018-2019高中物理 第十二章 機(jī)械波 第5節(jié) 多普勒效應(yīng)課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、第十二章,機(jī)械波,第五節(jié)多普勒效應(yīng),課前預(yù)習(xí),1．音調(diào)音調(diào)由頻率決定，頻率高則音調(diào)_______，頻率低則音調(diào)_______。2．響度響度由振幅決定，振幅大則響度_______，振幅小則響度_______。,音調(diào)與響度,高,低,大,小,1．定義多普勒效應(yīng)指由于波源與觀察者之間有____________，使觀察者感到________變化的現(xiàn)象。2．多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因(1)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是_________的，觀察者感覺(jué)到的頻率_________波源振動(dòng)的頻率。(2)波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目______

2、___，觀察者感覺(jué)到的頻率_________波源的頻率，即感覺(jué)到的頻率_________。(3)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者感覺(jué)到的頻率_________。,多普勒效應(yīng),相對(duì)運(yùn)動(dòng),頻率,一定,等于,增加,大于,增加,變小,3．應(yīng)用(1)交通大城市中的一些路段通常需限制車(chē)速，如學(xué)校附近，可在公路上安裝_________________便可監(jiān)視到過(guò)往車(chē)輛的行駛速度是否符合要求。(2)測(cè)天體運(yùn)動(dòng)通過(guò)測(cè)量某天體上元素發(fā)出的光波的_________，就可以算出此天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)情況。,多普勒測(cè)速儀,頻率,(3)醫(yī)療醫(yī)院里用的_________通過(guò)測(cè)定____________，可以檢查大腦、眼底等處的

3、血管病變。(4)軍事以炮彈飛行的_________判斷炮彈的飛行方向。,彩超,血液流速,尖叫聲,『判一判』(1)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的振動(dòng)頻率并沒(méi)有發(fā)生變化。()(2)我們?cè)趧?chǎng)聽(tīng)演唱會(huì)時(shí)，聽(tīng)到的聲音頻率與聲源的頻率是不一致的。()(3)人與波源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率一定發(fā)生變化。()(4)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)。()(5)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者感覺(jué)到的頻率變小。(),√,,,,√,『選一選』(多選)如圖所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來(lái)回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說(shuō)法正確的是(),AD,A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)

4、過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高C．女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)不變D．女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變低,解析：女同學(xué)蕩秋千的過(guò)程中，只要她有向右的速度，她都有靠近聲源的趨勢(shì)，根據(jù)多普勒效應(yīng)，她都感到哨聲音調(diào)變高；反之女同學(xué)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感到音調(diào)變低。選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤。,『想一想』隨著科技的發(fā)展和作戰(zhàn)的需要，現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機(jī)飛得越來(lái)越快，甚至有些戰(zhàn)斗機(jī)的速度超過(guò)了聲音在空氣中的傳播速度。假設(shè)某爆炸聲在空氣中的傳播速度為340m/s，一架戰(zhàn)斗機(jī)正在爆炸點(diǎn)附近遠(yuǎn)離它飛行，要使飛行員聽(tīng)不到爆炸聲，戰(zhàn)斗機(jī)飛行的速度至少多大？答案：要使飛行員恰好聽(tīng)不到爆炸聲，即飛行員正好一個(gè)聲波也接

5、收不到，則他隨戰(zhàn)斗機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)與波峰前進(jìn)的速度一樣，即戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)以340m/s的速度飛行遠(yuǎn)離爆炸點(diǎn)。,課內(nèi)探究,(1)生活中我們能否從飛機(jī)轟鳴聲調(diào)的高低，判斷它是從遠(yuǎn)處飛來(lái)，還是掠過(guò)頭頂而去？(2)站在馬路邊，一輛響著喇叭的汽車(chē)從身邊駛過(guò)。你聽(tīng)到的喇叭音調(diào)是否變化？提示：(1)能(2)變化,探究一對(duì)多普勒效應(yīng)的理解,1．波源頻率波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。2．觀察者接收到的頻率發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率并沒(méi)有變化，是接收者接收的頻率(單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波的個(gè)數(shù))發(fā)生變化(大于或小于波源頻率)。,3．發(fā)生多普勒效應(yīng)的幾種情況,特別提醒：(1)無(wú)論什么情況，發(fā)生多普勒效應(yīng)

6、時(shí)，波源與觀察者肯定有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，二者相互靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率變高，相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的頻率變低。(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不是取決于觀察者距波源多遠(yuǎn)，而是取決于觀察者相對(duì)于波源的運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向。,(多選)下列關(guān)于多普勒效應(yīng)的說(shuō)法，正確的是()A．只有聲波才能發(fā)生多普勒效應(yīng)B．當(dāng)觀察者靠近聲源時(shí)，聽(tīng)到聲音的音調(diào)升高，說(shuō)明聲源的頻率升高了C．當(dāng)聲源和觀察者同時(shí)以相同的速度向同一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)D．火車(chē)離站時(shí)，站臺(tái)上的旅客聽(tīng)到火車(chē)的汽笛音調(diào)降低,CD,解題指導(dǎo)：①多普勒效應(yīng)是波具有的特征，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。②觀測(cè)者向波源靠近時(shí)，波源頻率不變，但觀測(cè)者接收到的頻率增

7、高，即音調(diào)增高；反之，觀測(cè)者與波源遠(yuǎn)離時(shí)，觀測(cè)者接收到的頻率降低，即音調(diào)降低。,解析：多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程共有的特征，不僅是機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，聲源的頻率并沒(méi)有發(fā)生變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，B項(xiàng)錯(cuò)誤。當(dāng)波源和觀察者以相同的速度同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，C項(xiàng)正確?；疖?chē)離站時(shí)，站臺(tái)上的旅客和火車(chē)相互遠(yuǎn)離，聽(tīng)到火車(chē)的汽笛音調(diào)降低，D項(xiàng)正確。,〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1〕如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源O做勻速運(yùn)動(dòng)的情況下，某一時(shí)刻在介質(zhì)平面中的情形，圖中的圓表示波峰。(1)該圖表示的是()A．干涉現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象C．反射現(xiàn)象D．多普勒

8、效應(yīng)(2)波源正在移向()A．A點(diǎn)B．B點(diǎn)C．C點(diǎn)D．D點(diǎn)(3)觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是()A．A點(diǎn)B．B點(diǎn)C．C點(diǎn)D．D點(diǎn),D,A,B,解析：(1)該圖表示的是多普勒效應(yīng)，正確的選項(xiàng)為D。(2)從波長(zhǎng)變化情況來(lái)看，波源正在移向A點(diǎn)。(3)由于波源遠(yuǎn)離B點(diǎn)，所以，觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是B點(diǎn)。,醫(yī)院有一種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)——彩超，向病人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波。超聲波經(jīng)血液反射后被專(zhuān)用儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速。這一技術(shù)主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象？提示：儀器接收到的波的頻率發(fā)生變化，是因?yàn)檠旱牧鲃?dòng)使波源與接收儀器間距離發(fā)生變化，從而發(fā)生了多普勒效應(yīng)。,探究二多普勒

9、效應(yīng)及超聲波的應(yīng)用,1．多普勒效應(yīng)的應(yīng)用(1)多普勒效應(yīng)測(cè)車(chē)速。(2)醫(yī)用彩色超聲波測(cè)定心臟跳動(dòng)，了解血管血流等情況。(3)電磁波的多普勒效應(yīng)為跟蹤目標(biāo)物(如導(dǎo)彈、云層等)提供了一種簡(jiǎn)單的方法。在軍事、航天、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。(4)用多普勒效應(yīng)測(cè)量其他星系向著或遠(yuǎn)離地球運(yùn)動(dòng)的速率。,2．超聲波及其應(yīng)用(1)定義：頻率高于2104Hz的聲波。(2)特點(diǎn)：大功率的超聲波幾乎沿直線(xiàn)傳播。(3)應(yīng)用：超聲波洗滌，超聲波碎石，超聲波探測(cè)儀，醫(yī)用彩超等。,公路巡警開(kāi)車(chē)在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車(chē)道上巡警車(chē)向前方的一輛轎車(chē)發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被轎車(chē)反射回

10、來(lái)時(shí)，警車(chē)接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低。(1)此現(xiàn)象屬于()A．波的衍射B．波的干涉C．多普勒效應(yīng)D．波的反射(2)若該路段限速為100km/h，則轎車(chē)是否超速？(3)若轎車(chē)以20m/s的速度行進(jìn)，反射回的頻率應(yīng)怎樣變化？,C,解題指導(dǎo)：根據(jù)波源與觀察者相對(duì)距離增大或減小時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象即多普勒效應(yīng)解答。解析：(1)巡警車(chē)接收到的電波頻率比發(fā)出時(shí)低，此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。(2)因警車(chē)接收到的頻率低，由多普勒效應(yīng)知警車(chē)與轎車(chē)在相互遠(yuǎn)離，而警車(chē)車(chē)速恒定又在后面，可判斷轎車(chē)車(chē)速比警車(chē)車(chē)速大，故該車(chē)超速。(3)若該車(chē)以20m/s的速度行進(jìn)時(shí)，此時(shí)警車(chē)與轎車(chē)在相互靠近，由多普勒效應(yīng)知反

11、射回的頻率應(yīng)偏高。答案：(2)超速(3)偏高,〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2〕(多選)下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)()A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來(lái)判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度B．交通警察向行進(jìn)中的汽車(chē)發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)反射回來(lái)，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車(chē)的速度，以便于進(jìn)行交通管理C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去,ABD,解析：凡是波都具有多普勒效應(yīng)，因此利用光波的多普勒效應(yīng)便可以測(cè)定遙遠(yuǎn)星體相對(duì)地球遠(yuǎn)離的速度，A正確；被反射的電磁波，相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出的電磁波，其頻率發(fā)生變化

12、，由多普勒效應(yīng)的計(jì)算公式可以求出運(yùn)動(dòng)物體的速度，B正確；鐵路工人是根據(jù)振動(dòng)的強(qiáng)弱而對(duì)列車(chē)的運(yùn)動(dòng)作出判斷的，C錯(cuò)誤；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的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，D正確。,素養(yǎng)提升,(1)確定研究對(duì)象。(波源與觀察者)(2)確定波源與觀察者是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能發(fā)生多普勒效應(yīng)，否則不發(fā)生。(3)判斷：當(dāng)兩者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率變小，靠近時(shí)觀察者接收到的波的頻率變大，但波源的頻率不變。,多普勒效應(yīng)的判斷方法,某人站在地面上某處，一架飛機(jī)由遠(yuǎn)而近從人的頭頂上方勻速飛過(guò)，則人聽(tīng)到飛機(jī)發(fā)出聲音的頻率()A．越來(lái)越低B．越來(lái)越高C．先變高后變低D．先變低后變高

13、易錯(cuò)分析：飛機(jī)從人頭頂勻速飛過(guò)，勻速是指飛機(jī)相對(duì)地面，但相對(duì)觀察者的速度是先減小后增大，這需要將速度分解。一些同學(xué)思維簡(jiǎn)單，只考慮到起初是飛機(jī)(聲源)相對(duì)觀察者靠近，飛機(jī)過(guò)了人的正頭頂后，變成了聲源相對(duì)觀察者遠(yuǎn)離，因此認(rèn)為接收的頻率先變高后變低，錯(cuò)選了C項(xiàng)。,A,解析：當(dāng)飛機(jī)飛近人時(shí)，將飛機(jī)的速度分解，如圖甲所示，飛機(jī)相對(duì)人的速度為v1＝vcosα，α越來(lái)越大，則v1越來(lái)越小，即人聽(tīng)到飛機(jī)聲音的頻率越來(lái)越低，但總是f聽(tīng)>f源。當(dāng)飛機(jī)遠(yuǎn)離人時(shí)，將飛機(jī)的速度分解如圖乙所示，飛機(jī)相對(duì)人的速度v3＝vcosα，α越來(lái)越小，則v3越來(lái)越大，即人聽(tīng)到飛機(jī)聲音的頻率越來(lái)越低，且都是f聽(tīng)f源；恰好在人頭頂正上方時(shí)，f聽(tīng)＝f源；越過(guò)頭頂正上方之后，f聽(tīng)