高中物理 第2章 機(jī)械波 第4節(jié) 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用教案 魯科版選修34

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1、 第4節(jié) 多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用 課堂互動(dòng) 三點(diǎn)剖析 一、多普勒效應(yīng) 如圖2-4-1所示，波源和觀察者都不動(dòng)，設(shè)波源頻率為20 Hz，則波源每秒發(fā)出20個(gè)完全波，波速v=λf，所以每秒經(jīng)過(guò)觀察者20個(gè)完全波，這時(shí)觀察者接收到的頻率等于波源的頻率. 圖2-4-1 圖2-4-1中B所示，波源不動(dòng)，觀察者向波源運(yùn)動(dòng)，人耳在1 s內(nèi)由位置A移到位置B，雖然波源每秒仍發(fā)出20個(gè)完全波，但觀察者每秒?yún)s接收到21個(gè)完全波，即二者相互接近時(shí)，觀察者接收到的頻率大于波源的頻率，反之，觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)，觀察者接收到的頻率小于波源的頻率. 如圖2-4-1中C所示，波源向右運(yùn)

2、動(dòng)，觀察者不動(dòng)，波源由S1運(yùn)動(dòng)到S2，波源右方的波面變得密集，因波速不變，波長(zhǎng)變短，右方觀察者接收到的頻率大于波源的頻率；左方的波面變得稀疏，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，左方觀察者接收到的頻率小于波源的頻率. 【例1】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)的汽笛聲音調(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)，選項(xiàng)A錯(cuò).發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，聲源

3、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，選項(xiàng)B錯(cuò).當(dāng)波源和觀察者以相同的速度運(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)，選項(xiàng)C正確.火車(chē)離站時(shí)與站臺(tái)上的旅客相對(duì)遠(yuǎn)離，旅客聽(tīng)到的音調(diào)降低，選項(xiàng)D正確.正確選項(xiàng)是C、D. 答案：CD 二、多普勒效應(yīng)的定量分析 v1表示波源對(duì)介質(zhì)的速度，v表示波的傳播速度，f和f′分別表示波源頻率和觀察者接收到的頻率. 1.若觀察者R靜止，波源S以速度v1向觀察者靠近，波速v與波源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，而波源S每發(fā)出一個(gè)完全波就向R移近了v1T，故對(duì)R來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)縮短了v1T，即λ′=λ-v1T=v/f-v1/f=（v-v1）/f，觀察者接收（感覺(jué)）

4、到的頻率為f′=f，當(dāng)波源S以速度v1遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，f′=f. 2.若波源S不動(dòng)，觀察者R以速度v2向S運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t向S運(yùn)動(dòng)了v2t的距離，同時(shí)波背離波源S傳播了vt，觀察者R感覺(jué)到的頻率（即通過(guò)他的波的個(gè)數(shù)）為f′==（1+）f；觀察者以速度v2遠(yuǎn)離波源S時(shí)，f′=（1-）f. 【例2】以速度u=20 m/s奔馳的火車(chē)，鳴笛聲頻率為275 Hz，已知常溫下空氣中的聲速v=340 m/s. （1）當(dāng)火車(chē)駛來(lái)時(shí)，站在鐵道旁的觀察者聽(tīng)到的笛聲頻率是多少？ （2）當(dāng)火車(chē)駛?cè)r(shí)，站在鐵道旁的觀察者聽(tīng)到的笛聲頻率是多少？ 解析：（1）觀察者相對(duì)介質(zhì)靜止，波源以速度u向觀察者運(yùn)動(dòng)，以介質(zhì)為參考

5、系，波長(zhǎng)將縮短為λ′=vT-uT=（v-u）T,則觀察者觀察到的頻率為 f′=f=275 Hz=292 Hz. （2）同上述分析，觀察者觀察到的頻率為 f′=f=275 Hz=260 Hz. 答案：（1）292 Hz （2）260 Hz 各個(gè)擊破 類(lèi)題演練1 當(dāng)你站在車(chē)站里時(shí)，聽(tīng)到進(jìn)站火車(chē)的汽笛聲與出站火車(chē)的汽笛聲有何不同？ 解答：聽(tīng)到進(jìn)站火車(chē)的汽笛聲越來(lái)越高；而出站的火車(chē)汽笛聲越來(lái)越低. 變式提升1 音叉發(fā)出的聲音逐漸變?nèi)醯倪^(guò)程中，下列說(shuō)法不正確的是（ ） A.聲速逐漸變小 B.頻率逐漸變低 C.波長(zhǎng)逐漸變小 D.周期逐漸變

6、短 解析：本題的四個(gè)選項(xiàng)都不正確，聲音逐漸變?nèi)跏且驗(yàn)檎穹饾u減小. 因?yàn)榘岩粽{(diào)高低與聲音的強(qiáng)弱混淆了，所以容易少選了B. 答案：ABCD 類(lèi)題演練2 警車(chē)上的警笛每隔0.5 s響一次，一個(gè)人坐在以60 km/h的速度向警車(chē)行駛的汽車(chē)上，求此人在5 min內(nèi)聽(tīng)到聲音的次數(shù)是多少.聲音在空氣中的傳播速度為320 m/s. 解析：響聲在空氣中的間隔類(lèi)似于一個(gè)波長(zhǎng)為λ=3200.5 m=160 m的波，人與聲音的相對(duì)速度 v=（320+）m/s=m/s，由f=Hz=Hz， 所以n=ft=300==631（次）. 答案：631次 變式提升2 一個(gè)觀察者在鐵路旁，當(dāng)火車(chē)迎面駛來(lái)時(shí)，他

7、聽(tīng)到的汽笛聲頻率為f1=440 Hz；當(dāng)火車(chē)駛過(guò)他身旁后，他聽(tīng)到的汽笛聲的頻率f2=392 Hz. 若大氣中聲速約為330 m/s，求火車(chē)的速度和火車(chē)汽笛發(fā)聲的頻率f0. 解析：設(shè)火車(chē)的速度為u，聲速為v. 當(dāng)火車(chē)靠近時(shí)，聲波的波長(zhǎng)被壓縮為λ′=vT-uT=，觀察者聽(tīng)到的頻率 f1=f0即 440=f0① 同理，當(dāng)火車(chē)遠(yuǎn)離時(shí)，有 392=f0② 聯(lián)立①②解得：u=19.0 m/s，f0=415 Hz. 答案：19.0 m/s 415 Hz 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375