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第三章 机械波
物理选择性必修第一册 ?人教版2019
第五节 多普勒效应
学习目标
01
02
03
04
物理观念
按照学生的认知规律，设计力求落实新课标的理念，从实验现象激发学生兴趣引出课题，使学生感受奇妙的物理现象。
科学思维
探究完多普勒效应中观察音调高低的问题后，前后照应让学生解决引入实验的问题，最后回归生活。
科学探究
让学生知道多普勒效应在生活中的应用，提供了一些具体的学生易于理解的案例，巩固和深化了多普勒效应产生的原因，让学生感受物理学研究的成就，培养学生的科学素养。
科学态度与责任
让学生知道多普勒效应在生活中的应用。
重点难点
教学重点
教学难点
理解多普勒效应现象的产生原因。
波源与观察者发生相对运动时，观察者接收到的频率变化的分析。
仔细听，注意除音量大小以外的变化
课堂引入
多普勒效应
01
现象：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）
即：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应.
多普勒效应
1842年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了上面描述的现象。
生活实例
思考：为什么会出现这样的现象？
单位时间内观察者数得的人数与实际通过的人数相同。
单位时间内观察者数得的人数变多。
单位时间内观察者数得的人数变少。
多普勒效应
实验演示：
多普勒效应
设波源频率为 f ， 观察者接收到的频率为 fˊ。
1.当波源和观察者相对静止时
多普勒效应的解释:
S
A
多普勒效应
2.波源和观察者之间有相对运动时
(1)观察者朝波源运动时
B
A
S
(2)观察者远离波源运动时
B
A
S
多普勒效应的解释:
多普勒效应
3.观察者不动
(1)波源向着观察者运动时
(2)波源远离观察者运动时
多普勒效应的解释:
多普勒效应
生活中的多普勒效应
运动和频率的关系
波源的运动情况
观察者运动情况
频率的关系
波源静止
观察者静止
观察者接收频率
波源的频率
波源静止
观察者朝着波源运动
波源静止
观察者远离波源运动
波源朝着观察者运动
观察者静止
波源远离观察者运动
观察者静止
等于
大于
大于
小于
小于
总之，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大于实际频率；
(2)如果二者相互远离，观察者接收到的频率小于实际频率。
多普勒效应的应用
02
测速仪
交警向行驶中的车辆发出频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率的变化的多少就能知道车辆的速度。
多普勒效应的应用
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。测出反射波的频率的变化就能知道血流的速度。可以检测肝、脑、眼底血管的病变。
彩超
测量其它星系向着还是远离地球运动的速率
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。
哈勃望远镜
拍摄星系
多普勒效应的应用
军事应用：脉冲多普勒雷达，多谱勒导航仪
中国的歼20第五代隐身战机
中国的武直19武装直升机
多普勒效应的应用
多普勒效应的应用
北斗导航
天眼利用多普勒效应观察其他星系
多普勒效应的应用拓展
03
2.波源不动，观察者以速度u相对介质运动。
1.观察者与波源都静止，波速为v0：
a.观察者朝向波源运动
b.观察者远离波源运动
= fˊ
f ˊ=????0+uλ
?
f ˊ= ????0?uλ
?
观察者运动时感受到的波速发生变化。
f = ????0λ
?
= ????0+u????0f
?
= ????0?u????0f
?
接收的频率增大
接收的频率减小
多普勒效应的应用拓展
????0(????0?????)????
?
f ˊ=
=????0(????0?????)????
?
????0(????0+????)????
?
=????0(????0+????)????
?
接收的频率增大
接收的频率减小
S
u
f ˊ=
3.波源运动，使观察者感受到的波长发生变化。
多普勒效应的应用拓展
问题1:若波源运动的速度等于波传播的速度会怎么样？
波源速度趋于波速,所有波面在一点相切,接收频率趋于无穷大。
S
u
想一想
问题2:若波源运动的速度大于波传播的速度会怎么样？
当波源在介质中的运动速度大于波在介质中的传播速度时，这时波源（物体）本身的运动会激起介质的扰动，激起另一种波，此时的运动物体充当了另一种波的波源，这种波是一种以运动物体的运动轨迹为中心
的一系列球面波。由于球面波的波速u比物体的运动
速度vs小，所以就会形成如下图的V形锥面波，这种
波叫做击波。击波的包络面成圆锥状，并称之为马赫锥。
想一想
多普勒效应的应用拓展
典例分析
04
【例1】超声波是一种频率高于20000Hz的声波，波长很短，广泛应用于生活与生产实践．关于超声波及应用，下列说法中正确的是（　　）
A．在同种介质中，超声波的速度大于次声波的速度
B．超声波的频率越高衍射本领越强
C．高速公路上的测速仪发出超声波波长大于所接收波的波长，说明此时车正在靠近测速仪
D．“彩超”检查身体时，超声波迎着血液流动方向发射，仪器接收到的反射回波的频率低于其发射的超声波的频率
C
【例2】（多选）如图所示，小球P一边贴着水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动。x=0处是它初始位置。图示为恰经10个周期时观察到的水面波。下列说法正确的是（　　）
A．位于x轴正方向一侧的观测者，接收频率大于5Hz
B．位于x轴负方向一侧的观测者，接收频率大于5Hz
C．水面波的传播速度是0.2m/s，小球匀速移动的速度是0.1m/s
D．水面波的传播速度是0.4m/s，小球匀速移动的速度是0.2m/s
AC
课堂小结
一、多普勒效应
当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应.
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。
二、多普勒效应的应用
测量其它星系向着还是远离地球运动的速率、彩色多普勒超声诊断系统、雷达测速仪、多谱勒导航仪等
S
u
三、多普勒效应的应用拓展
波源运动的速度等于和大于波传播的速度

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