完成一個小目標，需要一個大智慧！授課教師：李長青人教版(2019)必修第三冊2.6受迫振動共振學習目標1.知道波源頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別。2.知道什么是多普勒效應，知道它產(chǎn)生的原因。3.了解多普勒效應的一些應用。4.通過改變波源與觀察者的距離，培養(yǎng)學生控制變量法分析問題的能力。問題驅(qū)動如果你在賽道之外觀看，會聽見發(fā)動機聲音時高時低，這是什么原因呢？思考：為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？聽到的聲音的音調(diào)在變化頻率變化新課導入仔細聽,注意除音量大小以外聲音還有什么變化新課導入問題1：摩托車、汽車和蜂鳴器靠近行人時，聲音有何變化？問題2：摩托車、汽車遠離行人，聲音有何變化？問題3：聲音音調(diào)發(fā)生變化的原因是什么？如何解釋視頻中的現(xiàn)象？學習任務一：多普勒效應

1、定義：當波源和觀察者之間有相對運動時，觀察者會感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫多普勒效應.1842年，奧地利物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時就注意到了，當火車向你駛來時，感覺音調(diào)變高；當火車離你遠去時，感覺音調(diào)變低。（音調(diào)由頻率決定，頻率高音調(diào)高；頻率低音調(diào)低）．奧地利物理學家多普勒（1803——1853）當火車或飛機靠近我們時，我們會聽到什么？音調(diào)：當火車或飛機遠離我們時，我們會聽到什么？音調(diào)：1、定義：當波源和觀察者之間有相對運動時，觀察者會感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，叫多普勒效應.（1）波源頻率：波源完成一次全振動就向外發(fā)出一個完整的波，波源頻率就等于單位時間內(nèi)發(fā)出完整波的個數(shù)（2）觀察者接收到的頻率：觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完整波的個數(shù)，此頻率決定了我們聽到的音調(diào)的高低（3）多普勒效應發(fā)生的原因：波源和觀察者在二者連線上發(fā)生相對運動波源運動觀察者靜止多普勒效應的分析

由于波源的運動，使得波源前方波長減小，后方波長增大。兩個觀測者相對于空氣靜止不動，波速v對他們是相同的。由

f=v/λ，可知前方觀察者接收到的頻率變大，后方接收到的頻率減小.觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到的頻率增大。⑴波源向觀察者運動觀察者感到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。⑵波源遠離觀察者運動波源相對觀測者運動可見：當觀察者不動而波源運動時，引起接收頻率的變化是由于波長的改變而引起的。演示：實驗演示觀察波源運動時波長的變化特點視頻演示：多普勒效應的模擬實驗3.當觀察者與隊伍同向行走且速度比隊伍的小時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個人經(jīng)過。1.觀察者靜止不動，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘假設有30個人經(jīng)過。v測=02.當觀察者逆著隊伍行走時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個人經(jīng)過。觀測者觀察人數(shù)等于“過人頻率”多普勒效應成因模擬：v測v測觀測者觀察人數(shù)大于“過人頻率”觀測者觀察人數(shù)小于“過人頻率”

在模擬實驗中，人不表示介質(zhì)中的質(zhì)點，只代表傳播中的波峰或者波谷，于是“過人頻率”就代表波的頻率。運動和頻率的關系波源的運動情況觀察者運動情況頻率的關系波源靜止觀察者靜止觀察者接收頻率波源的頻率波源靜止觀察者朝著波源運動波源靜止觀察者遠離波源運動波源朝著觀察者運動觀察者靜止波源遠離觀察者運動觀察者靜止等于大于大于小于小于情境探究1：兩列高速列車在同一軌道上，列車A和列車B均靜止，列車A發(fā)出一鳴笛聲，若持續(xù)時間為t=2s，空氣中的聲速為v=340m/s，則列車B上的乘客聽到鳴笛聲持續(xù)的時間為多少?【解析】聲音的傳播速度取決于介質(zhì)，鳴笛聲持續(xù)2s的時間，則在空氣中聲音傳播的總長度為s=vt=340m/s×2s=680m聲音完全經(jīng)過列車B上的乘客所需的時間即為列車B上的乘客聽到鳴笛聲持續(xù)的時間為情境探究2：兩列高速列車在同一軌道上，列車B靜止，列車A以v2=85m/s的速度駛向列車B，列車A發(fā)出一鳴笛聲，若持續(xù)時間為t=2s，空氣中的聲速為v1=340m/s，則列車B上的乘客聽到鳴笛聲持續(xù)的時間為多少?【解析】鳴笛聲持續(xù)2s的時間內(nèi)，聲波最前端向右運動的路程為s1=v1t=680m列車A相對列車B運動的路程為s2=v2t=85m/s×2s=170m則在空氣中聲音的總長度為s=s1-s2=680m-170m=510m聲音完全經(jīng)過列車B上的乘客所需的時間即為列車B上的乘客聽到鳴笛聲持續(xù)的時間為情境探究3：兩列高速列車在同一軌道上，列車B靜止，列車A以v2=85m/s的速度駛離B車，列車A發(fā)出一鳴笛聲，持續(xù)時間為t=2s，空氣中的聲速為v1=340m/s，則列車B上的乘客聽到鳴笛聲持續(xù)的時間為多少?【解析】聲音的傳播速度取決于介質(zhì)，鳴笛聲持續(xù)2s的時間，聲音最前端向右運動的路程為s1=v1t=680m列車A相對列車B運動的路程為s2=v2t=85m/s×2s=170m則在空氣中聲音的總長度為s=s1+s2=680m+170m=850m聲音完全經(jīng)過列車B上的乘客所需的時間即為列車B上的乘客聽到鳴笛聲持續(xù)的時間為多普勒效應的規(guī)律1.時間t=t'時，乘客和聲源相對靜止。聲源發(fā)出的聲音與乘客聽到的聲音完全相同，聲音沒有被拉長也沒有被壓縮，也就是聲音的頻率也完全相同。2.時間t<t'時，乘客和聲源在逐漸遠離。乘客聽到的聲音相當于被拉長了，相同的振動次數(shù)用了更長的時間，振動變慢了，頻率降低了。3.時間t>t'時，乘客和聲源在逐漸靠近。乘客聽到的聲音相當于被壓縮了，相同的振動次數(shù)用了更短的時間，振動變快了，頻率升高了。v人v人總之，當波源與觀察者有相對運動時：(1)如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；(2)如果二者相互遠離，觀察者接收到的頻率減小。波源靜止觀察者運動注意：1、在多普勒效應中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對運動，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．2、多普勒效應是波動過程共有的特征.電磁波也會發(fā)生多普勒效應．定量規(guī)律：①人與波源都靜止,波速為V波=λf波f收=f波②波源靜止,,人以V人向波源運動

V波①人與波源都靜止,波速為V波V波=λf波f收=f波②波源靜止,人以V人向波源運動V人

f收=

>f波③波源靜止,人以V人遠離波源f收=

<f波定量規(guī)律：思考：若人不動,波速仍然為V波，波源以V0向人運動？V0觀察者波源

人測得的波速V測=V0但測得的波長λ測=V波波源運動,使觀察者感受到的波長發(fā)生變化。(V波-V0)TV波(V波-V0)T人收到的頻率f收=

>f波反之波源背離人運動，人收到的頻率f收=

<f波T思考：若人不動,波速仍然為V波，波源以V0向人運動？思考與討論：人遠離波源（波源靜止）運動，若人的速度大于波的傳播速度，發(fā)生什么現(xiàn)象？(波源開始振動時人同時運動)v人v波Su思考：若波源運動速度等于波傳播的速度會怎么樣？所有波面在一點相切,接收頻率趨于無窮大。思考：當波源的速度V源等于聲波的速度V波，會發(fā)生什么現(xiàn)象音障：當飛行器的速度接近音速時，將會逐漸追上自己發(fā)出的聲波。此時，聲波無法迅速傳播開來，最終形成空氣密度的一個突變面—激波面。激波會增加空氣對飛行器的阻力，這種因為音速造成的飛行障礙俗稱音障思考：當波源的速度V源大于聲波的速度V波，會發(fā)生什么現(xiàn)象音爆：一個以超音速前進的物體，朝觀察者前進時，觀察者不會聽到聲音，物體通過后，所產(chǎn)生的波（馬赫錐）朝地面?zhèn)鱽?，波間的壓力差會形成可聽見的效應，也就是音爆（馬赫錐）學習任務評價一【例1】(多選)(2020·全國卷Ⅰ改編)在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應解釋的有(

)A．雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲B．觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低C．同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同D．天文學上觀察到雙星(相距較近、均繞它們連線上某點做圓周運動的兩顆恒星)光譜隨時間的周期性變化BD【例2】公路巡警開車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發(fā)出時低，說明那輛轎車的車速()A．高于100km/h

B．低于100km/hC．等于100km/h D．無法確定A變式：(多選)一漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比(

)A．波速變大

B．波速不變C．頻率變高

D．頻率不變BC學習任務二：多普勒效應的應用

基本原理?是通過測量車輛反射回來的聲波頻率變化來計算車速。交通警察使用的超聲波發(fā)射器發(fā)出一定頻率的聲波，車輛反射回來的聲波頻率會發(fā)生變化.頻率的變化與車輛速度有關.超聲波定位

蝙蝠發(fā)出高頻超聲波脈沖，接收反射聲波。昆蟲在蝙蝠前飛行時，若飛得比蝙蝠快，兩者間的距離增大，從昆蟲身上反射的超聲波頻率變低.

若蝙蝠逐漸接近昆蟲，從昆蟲身上反射的超聲波頻率會變高。蝙蝠據(jù)此來探測和捕捉昆蟲的。蝙蝠不僅用超聲波來捕食、定位和導航，還用超聲波來感知其他同伴。測量車速

醫(yī)學應用

多普勒超聲心動圖學利用超聲波的多普勒效應來研究心臟和大血管中血液的流動特性。進入人體的超聲波被血細胞反射，由于血細胞的運動，反射波的頻率發(fā)生了變化。由此能得到血液流動快慢的信息。利用多普勒效應測量血細胞速率測量天體速度多普勒彩超測量天體速度

天體向著地球運動，接收到的頻率變大，λ=c/v，波長變小，稱為“藍移”；天體遠離地球，接收到的頻率變小，波長變大，發(fā)生“紅移”天眼利用多普勒效應觀察其他星系多普勒效應的應用：軍事應用:

脈沖多普勒雷達多譜勒導航儀學習任務評價二【例3】如圖所示，裝有多普勒測速儀的汽車測速監(jiān)視器安裝在公路旁，它向行駛中的車輛發(fā)射已知頻率的超聲波，并接收被車輛反射回來的反射波．當某汽車向測速監(jiān)視器靠近時，被該汽車反射回來的反射波與測速監(jiān)視器發(fā)出的超聲波相比（

）A．頻率不變，波速變小 B．波速不變，頻率變小C．頻率不變，波速變大 D．波速不變，頻率變大D【例4】如下圖由波源S發(fā)出的波某一時刻在介質(zhì)平面中的情形，實線為波峰，虛線為波谷。設波源頻率為10Hz，且不運動，而觀察者1S內(nèi)由A運動到B，觀察者接收到多少個完全波？設波速為340m/s。則要讓觀察者完全接受不到波，他要怎樣運動？B答案:接收9個完全波遠離波源以340m/s的速度運動課堂小結(jié)【1】（多選）如圖甲所示，女同學站立不動吹口哨，一位小女孩坐在秋千上來回擺動，據(jù)圖乙，下列關于小女孩的感受的說法正確的是（

）A．小女孩從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高B．小女孩從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調(diào)變高C．小女孩在點C向右運動時，她感覺哨聲音調(diào)不變D．小女孩在點C向左運動時，她感覺哨聲音調(diào)變低AD課堂練習【2】汽車無人駕駛技術已逐漸成熱，最常用的是ACC自適應航控制，它可以控制無人車在前車減速時自動減速、前車加速時自動跟上去．其使用的傳感器主要有毫米波雷達，該雷達會發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時間差和多勒效應造成的頻率變化來測量目標的相對距離和相對速度．若該雷達發(fā)射的無線電就的頻率為f，接收到的回波的頻率為f

′，則（

）A．當f＝f

′

時，表明前車與無人車速度相同B．當f＝f

′

時，表明前車一定處于靜止狀態(tài)C．當f

′

＞f

時，表明前車在加速行駛D．當f

′＜f

時，表明前車在減速行駛A【3】如圖所示，將上下振動的振針水平移動，移動過程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是（）A．振針在向右移動B．振針在向左移動C．在A處的觀察者，接收到的水波頻率不變D．在A處的觀察者，接收到的水波頻率變大A【4