3.5多普勒效应（导学案）（教师版）高二物理（人教版2019选择性）

第3节波的反射、折射和衍射导学案【学习目标】1.通过实验了解多普勒效应及其产生的原因，知道多普勒效应是波特有的现象。2.知道多普勒效应的简单应用。【学习重难点】1.教学重点：知道波的叠加原理，了解波的干涉条件及干涉现象，并学会利用干涉定律解释生活中的的相关现象。2.教学难点：波的叠加现象，波的干涉规律。【知识回顾】1．波长λ(1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．(2)特征①在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长．②在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长．2．周期T、频率f(1)周期(频率)：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)也叫波的周期(或频率)．(2)周期T和频率f的关系：f＝eq\f(1,T).(3)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长．【自主预习】1．定义：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象。2．产生原因(1)波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率等于波源振动的频率。(2)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率变大。(3)波源与观察者相互远离时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目减少，观察者观测到的频率小于波源的频率，观察到的频率变小。3．应用(1)测车辆速度：交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。(2)测血流速度：向人体内发射已知频率的超声波，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可得血流速度。(3)测星球速度：测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，可得星球的速度。【课堂探究】【新课导入】观看视频，然后思考：从你身边疾驰而过的车辆鸣笛的音调会由高变低。这到底是怎么回事？思考以下问题：1.观察者静止不动，数经过的队伍中的人数，每分钟假设有30个人经过。观测者观察人数等于“过人频率”2.当观察者逆着队伍行走时，数经过的队伍中的人数，每分钟将大于30个人经过。观测者观察人数大于“过人频率”3.当观察者与队伍同向行走且速度比队伍的小时，数经过的队伍中的人数，每分钟将小于30个人经过。观测者观察人数小于“过人频率”【新课教学】任务一、多普勒效应（一）多普勒效应1.定义：当火车向你驶来时，感觉音调变高；当火车离你远去时，感觉音调变低。（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低）．2.多普勒效应成因分析：(1)当波源和观察者都相对介质静止时观察者在相同时间里接收到波的个数等于波源发出的波的个数，即接受到的频率等于发出的频率。(2)当波源不动，观察者靠近波源时观察者在相同时间里接收到波的个数大于波源发出的波的个数，即接受到的频率大于发出的频率。(3)当波源不动，观察者远离波源时观察者在相同时间里接收到波的个数小于波源发出的波的个数，即接受到的频率小于发出的频率。运动和频率的关系（三）多普勒效应的实验验证学生观看演示实验的视频。（四）多普勒效应成因当波源与观察者有相对运动时：(1)如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；(2)如果二者相互远离，观察者接收到的频率减小。任务二、多普勒效应的应用你知道多普勒效应在生活中有什么应用吗？在学生总结分享的基础上总计多普勒效应在生活中的应用。（一）测速仪雷达测速仪向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是红外线），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。（二）军事应用医用“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。（四）观察天体的运动理论和实验都证明，光波或电磁波都有多普勒效应，多普勒效应在科学技术中也有着广泛的应用。宇宙中的星球都在不停地运动。测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。【自我测评】1．关于多普勒效应，以下说法正确的有()A．只有机械波才能产生多普勒效应B．电磁波、光波等不能产生多普勒效应C．产生多普勒效应的原因是波源的频率发生了变化D．产生多普勒效应的原因是观察者接收到的频率发生了变化【答案】D【详解】多普勒效应不仅仅适用于机械波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波，故A、B错误；产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致观察者接收的频率发生了变化，故C错误，D正确。2．汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制系统，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。其使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过两波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f′，则()A．当f＝f′时，表明前车与无人车速度相同B．当f＝f′时，表明前车一定处于静止状态C．当f′>f时，表明前车在加速行驶D．当f′<f时，表明前车在减速行驶【答案】A【解析】当波源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和波源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明两者之间的距离不变，表明前车与无人车的速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误