第三章機械波

第5節(jié)多普勒效應(yīng)

本節(jié)課程所研究的問題比前面所學(xué)基礎(chǔ)知識稍深一層的具有綜合性的波的現(xiàn)象，學(xué)生學(xué)習(xí)中是具有

一定的難度。教學(xué)中先從直觀的視頻以及圖片讓學(xué)生更加形象的認識多普勒效應(yīng)，再通過對不同物

理實驗的探究使學(xué)生知道多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原理，從而更好的理解多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用。

【物理觀念】按照學(xué)生的認知規(guī)律，設(shè)計力求落實新課標的理念，從實驗現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生興趣引出課

題，使學(xué)生感受奇妙的物理現(xiàn)象。

【科學(xué)思維】探究完多普勒效應(yīng)中觀察音調(diào)高低的問題后，前后照應(yīng)讓學(xué)生解決引入實驗的問題，

最后回歸生活，

【科學(xué)探究】讓學(xué)生知道多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，提供了一些具體的學(xué)生易于理解的案例，鞏

固和深化了多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因，讓學(xué)生感受物理學(xué)研究的成就，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【科學(xué)態(tài)度與責(zé)任】讓學(xué)生知道多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用，提供了一些具體的學(xué)生易于理解的案

例，鞏固和深化了多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因，讓學(xué)生感受物理學(xué)研究的成就，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【教學(xué)重點】理解多普勒效應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。

【教學(xué)難點】波源與觀察者發(fā)生相對運動時，觀察者接收到的頻率變化的分析。

一、【引入新課】

觀看視頻與圖片：對多普勒效應(yīng)產(chǎn)生直觀認識

引出多普勒效應(yīng)的概念：波源與觀察者相互靠近或者相互遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化。

人們把這種現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）。

多普勒現(xiàn)象模擬圖1多普勒現(xiàn)象模擬圖2

二、【進行新課】

探究點一、多普勒效應(yīng)

蜂鳴器音調(diào)的變化

將一個以電池為電源的蜂鳴器固定在長竹竿的一端，閉合開關(guān)后聽一聽它發(fā)出的聲音。請一位同學(xué)

用竹竿把蜂鳴器舉起并在頭頂快速轉(zhuǎn)動（圖），在幾米之外聽它的聲音有什么變化。

蜂鳴器音調(diào)的變化

多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因

(1)波源與觀察者相互靠近時，單位時間內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察者觀測到的

頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率增加．

(2)波源與觀察者相互遠離時，觀察到的頻率變?。?/p>

聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波

源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接收

到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的．

課內(nèi)探究對多普勒效應(yīng)的理解：

當波源與觀察者相對靜止時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目是一定的，觀測到的頻率等

于波源振動的頻率；當波源與觀察者相互接近時，1s內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目增加，

觀測到的頻率增加；

反之，當波源與觀察者相互遠離時，觀測到的頻率變小；

多普勒效應(yīng)分析：

1.波源和觀察者相對靜止時，觀察者接收頻率與波源發(fā)出頻率的關(guān)系？

2.波源和觀察者相對運動時？

（1）相互靠近時？

（2）相互遠離時？

結(jié)論：當波源與觀察者有相對運動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠

離，觀察者接收到的頻率減小

注意：

1.在多普勒效應(yīng)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，觀察者感到

頻率發(fā)生了變化

2.多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，不僅機械波，電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng)

思考與討論：

固定在振動片上的金屬絲周期性觸動水面可以形成水波。當振動片在水面上移動時拍得一幅如圖所

示的照片，顯示出此時波的圖樣。由照片是否可知，振動片正在向圖中哪個方向移動？單位時間內(nèi)

是水波槽左邊接收完全波個數(shù)多還是右邊接收完全波個數(shù)多？

探究點二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用

1．修理鐵路的工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運行方向和快慢．

2．交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻

率發(fā)生變化，由此可知汽車的速度．

3．根據(jù)光的多普勒效應(yīng)，由地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率，可以判斷遙遠天體相對地球

的運動速度．

4．應(yīng)用多普勒效應(yīng)還可以跟蹤人造地球衛(wèi)星．

5．醫(yī)療：醫(yī)院里用超聲波，通過測定反射波的頻率變化，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變．

多普勒效應(yīng)的應(yīng)用：

測速儀

多普勒天氣雷達

多普勒頸腦血液測速儀

多普勒水流測速儀水下多普勒測速儀

課堂重點知識小結(jié)

多普勒效應(yīng)

(1)多普勒效應(yīng)是所接收到的波的頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象，并不是接收到的波的強度發(fā)生變化的

現(xiàn)象，要正確區(qū)分頻率和強度這兩個物理量．

(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不取決于波源和觀察者相距多遠，而取決于波源和觀察者相對運動速度的大小

和方向．

(3)波的傳播速度不因波源的移動而改變．

(4)觀察者垂直于波的傳播方向移動時，不產(chǎn)生多普勒效應(yīng)．

隨堂練習(xí)

例1、(多選)下面說法中正確的是()

A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了

B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化

C．多普勒效應(yīng)是波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的

D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的

E．多普勒效應(yīng)是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的A.P點到兩波源的距離差等于1.5λ

【答案】：BCD

【解析】：當波源與觀察者之間有相對運動時會發(fā)生多普勒效應(yīng)，選項C正確；發(fā)生多普勒效應(yīng)時，

觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化，而波源的頻率并沒有改變，故選項A錯誤，選項B正確；此現(xiàn)象

是奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的，選項D正確．

例2、(單選)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)出一個已知頻率的超聲波，結(jié)果該超聲波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的超

聲波頻率比發(fā)出的低．此現(xiàn)象屬于()

A．波的衍射B．波的干涉

C．多普勒效應(yīng)D．波的反射

【答案】C

【解析】巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出的低，此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)，選項C正確．

例3、(多選)下列說法中正確的是()

A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，波源的頻率變化了

B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時，觀察者接收的頻率發(fā)生了變化

C．多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的

D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的

【答案】BCD

【解析】當聲源和觀察者之間有相對運動時，會發(fā)生多普勒效應(yīng)，但聲源的頻率并沒有發(fā)生變化，

所以A錯誤．多普勒現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)是觀察者接收的頻率不等于波源的頻率，它首先由奧地利物理

學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)．

例4、(單選)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