多普勒效应
【学习目的】
1、知道波源的频率和观察者接受到的频率的区别
2、知道什么是多普勒效应
3、了解多普勒效应的一些应用
【学习重点】
多普勒效应及其产生的原因
【学习难点】
波面的概念、波源的频率和观察者接受到的频率的区别
【教学过程】
1、学生答问：波的叠加遵从的基本原理是什么？波的干涉的必要条件是什么？干涉图样的特征是什么？
2、在谈波的传播时，我们已经知道，频率是有波源决定的、波速是由界质决定的，波长则由频率和波速共同决定。也就是说，波源的振动频率确定后，波的频率就会固定不变，在同一界质中它的波长也不会改变。
这种情况是不是绝对的呢？今天，我们就来看一看波在传播时的一种特殊现象——
一、多普勒效应
素材展示：播放视频“火车进站和出站”…
学生观察：火车进站时汽笛的声调和出站时声调的高低比较。
学生思考：火车汽笛本身的发音是否变化（回忆：作为乘客坐在火车上的人，感受汽笛的声调发生变化吗？）
分析：坐在火车上的乘客感到汽笛声未变，是因为声源相对听者是静止的，路旁的人感到汽笛声调发生变化，是因为声源相对听者是运动的。而当声调发生变化时，根据我们的物理常识可以判断，应该是声音的频率发生了变化。我们这种因为波源和观察者之间有相对运动而使观察者感到波的频率发生变化的现象称为——
多普勒效应：波源相对观察者发生运动时，观察者感到波的频率发生改变。
学生列举：多普勒效应的事例补充…
过渡：形成多普勒效应的原因是什么呢？
二、多普勒效应分析
做分析之前，我们需要介绍几个新的名词——
1、名词介绍
a、完全波和波面
完全波：一个波长的波可以称为完全波。
波面：也称波阵面。从波源发出的振动，在传播过程中，在界质中振动相位相同的点组成的面。
b、波源的频率和观察者接受到的频率
波源的频率：单位时间内，波源发出的完全波的个数。
观察者接受到的频率：观察者在单位时间内接受到的完全波的个数。
2、多普勒效应分析
板图以及板图说明（一根实线表示一个完全波的波面）…
分析：a、当波源相对观察者不动时…
b、当波源相对观察者运动时
①波源不动，观察者向波源运动。分析教材图10-29。说明：波长未变，观察者“提前”接受到了波源发出的波，接受到的频率大于波源频率。
*计算：设波源频率为f ，波速为v ，观察者运动速度为u ，则观察者接受到的频率f′为多少？
解：在时间t内，波源发波ft个，
观察者接受的波的个数为
ft + = ft +
答：f′= f
说明：如果u的方向不是正对声源…
学生定性解释“观察者相对声源远离”的多普勒效应…
②观察者不动，波源向观察者运动。分析教材图10-30。说明：波面被“压缩”，波长变短，波速未变，致使接受到的频率大于波源频率。
*计算：设波源频率为f ，波速为v ，波源运动速度为u ，则观察者接受到的频率f′为多少？
解：在时间t内，波源发波ft个，
“新波长”λ′= =λ-
然后f′=
答：f′= f
说明：如果u的方向不是正对声源…
说明：两类多普勒效应不能用运动的相对性简单地解释成一种，应分开分析。
学生定性解释“声源远离观察者”的多普勒效应…
四、小结
本节我们学习了多普勒效应，并对多普勒效应作了定性和定量地解释，我们需要掌握的时定性分析。
多普勒效应是波在传播时的一种特殊现象，不仅机械波有多普勒效应，电磁波也有。
五、作业布置
阅读教材；
《优化设计》P50第1、2、3、4题，做在书上。
【板书设计】
注意“教学过程”的灰色部分，即是板书计划。
【教后感】
去年就遇到高三学生问多普勒效应的定量计算问题，由于没有思想准备，解说时出了错：把两类“效应”用运动的相对性“一次性”解释。当时学生就提出了质疑，自己也感到不对劲，但后来竟没有深入去研究它。
大学的知识，十几年不用，就忘了。但它要进中学教材，你就不能回避它。
所以今天上午的备课，可以说是“百般小心”，费时也不短。最后，自己认为思路是整理清楚了，教案也写明白了。
然而，下午一上课，就发现……糟糕透顶！讲得非常吃力……
什么原因呢？整体设计大错！教材设计为定性就应该是定性，不应该是定量。应该在教材的知识范畴内下功夫，用浅显的语言，让学生领会现有知识点，而不应该是一厢情愿地充斥、添加知识内容——这绝不能真正体现一个中学教师的课堂设计功底。大前提一错，细节方面的“感想”虽然有，写来也是多余。
课是为学生而上，而不是为自己而上。
上这类“边沿”课，始终没有找到一个成功的模式。有三道关难过：素材关、教学手段关、时量安排关。对于大多数教师，其实还有一道首要关：观念关（根本就不把它当一堂课，让学生“自习”了事）。今后要做好这方面的研究。
自我小测
1下列关于多普勒效应的说法中，正确的是 …( )
A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
B．当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应
C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高
D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低
2上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端后迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是( )
A．旋转时蜂鸣器发出的频率变化了
B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率
C．蜂鸣器音调变高时，一定是向靠近观察者的方向运动
D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的
3有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断炮弹的飞行方向。他所利用的应是
( )
A．声波的干涉现象
B．声波的衍射现象
C．声波的多普勒效应
D．声波的反射现象
4当人听到声音的频率越来越低时，可能的原因是 …
( )
A．声源和人都是静止的，声源振动的频率越来越低
B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，声源振动的频率不变
C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，声源振动的频率不变
D．人静止，声源远离人做匀减速直线运动，声源振动的频率不变
5频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以u表示声源的速度，V表示声波的速度(u( )
A．f增大，V增大
B．f增大，V不变
C．f不变，V增大
D．f减小，V不变
6观察者不动，波源迎面而来时( )
A．波源的波长发生了改变
B．波源的频率发生了改变
C．观察者收到波的频率发生了改变
D．波速发生了改变
7蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效。这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms短促发射的，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠发射的超声脉冲频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞行期间，下列判断正确的是( )
A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率
C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率
D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
8一个位于原点O的波源S发出一列沿x轴正向传播的简谐横波，波速为400 m/s，已知在t＝0时刻，波刚好传到x＝40 m处，当时的波形图如图所示。在x轴上横坐标x＝400 m处固定一个波的接收器P(图中未画出)，则下列说法中正确的是…
( )
A．波源开始振动的方向一定是向下
B．x＝40 m处的质点在t＝0.5 s时刻位于最大位移处
C．接收器在t＝1.0 s时刻才接收到此波的信号
D．若从t＝0时刻起波源S沿x轴负向以10 m/s的速度匀速移动，则接收器接收到此波时的频率将变小
9如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是( )
A．干涉现象 B．衍射现象
C．反射现象 D．多普勒效应
(2)波源正在移向( )
A．A点 B．B点
C．C点 D．D点
(3)观察到波的频率最低的是( )
A．A点 B．B点
C．C点 D．D点
10如图所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2>v1。甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低依次为__________。
11如图为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？设波速为340 m/s，则要让观察者完全接收不到波，他每秒要运动多少米？
答案
1解析：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，所以应选B、D项。
答案：BD
2解析：由多普勒效应知蜂鸣器的频率并没有发生变化，只是同学们感受到的频率发生了变化，当二者靠近时，听到的音调变高，故A错，B、C对。当发生波的干涉时，是声音的强弱发生变化，而不是频率发生变化，故D错。
答案：BC
3解析：据多普勒效应现象，当炮弹运动方向靠近战士时，他听到的尖叫声音调较高，炮弹远离战士时，他听到的尖叫声音调较低。
答案：C
4解析：人听到的声音的频率越来越低，声源远离观察者，且远离的速度越来越大，也就是加速远离。
答案：AC
5解析：由于声波的速度由介质决定，故V不变，据多普勒效应可知，当声源传近接收器时接收到的频率变高，f增加，故B项正确。
答案：B
6解析：波源的频率、波速、波长都没有发生变化，仅是观察者接收到的频率发生了变化，即单位时间接收到波的个数发生了变化。
答案：C
7解析：蝙蝠正朝着墙壁飞行，故波源相对墙相互靠近，故墙壁接收到超声脉冲频率应变大，大于39 000 Hz，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率应大于墙壁接收的频率，故C选项正确。
答案：C
8解析：t＝0时刻x＝40 m处质点起振的方向与波源开始振动的方向是相同的，向下振动，所以A正确；由λ＝20 m，T＝＝0.05 s，所以x＝40 m处的质点，在t＝0.5 s时恰好振动了10个周期，又回到平衡位置，B错误；t＝0时波离接收器P的距离为400 m－40 m＝360 m，所以再经过 s＝0.9 s，接收器P即可接收到此波的信号，C错误；波源以10 m/s的速度远离接收器P，由多普勒效应知识可知，接收器接收到此波时的频率将变小，D正确。
答案：AD
9解析：(1)该图表示的是多普勒效应。正确的选项为D。
(2)从波长变化情况来看，波源正在移向A点，所以，选项A正确。
(3)由于波源背离B点，所以，观察到波的频率最低的点是B点。选项B正确。
答案：(1)D (2)A (3)B
10解析：由于v2>v1，所以汽车和甲的相对距离减小。甲听到的频率变大，即f1>f0。由于乙静止不动，汽车和乙的相对距离增大，乙听到的频率变小，即f2答案：f1、f3、f2
11解析：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数就等于观察者接收到的频率。如果观察者不动，则1 s内，观察者接收的完全波的个数应为20个，然而当观察者从A运动到B的过程中，由图可知所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只接收到19个完全波。要想让观察者完全接收不到波，他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源。由s＝vt得s＝340×1 m＝340 m，即观察者每秒要远离波源340 m。
答案：19个 340 m
