6. 多普勒效应公开课教案（教学设计）

2.6多普勒效应

成都市华阳中学

刘明

一、教学目标

1.知识目标

(1)知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别．

(2)知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。

(3)了解多普勒效应的一些应用．

2.能力目标

通过对多普勒效应的学习，让学生体会到物理源于生活又服务于生活

3.情感目标

通过对多普勒效应的探究性学习，激发学生的合作意识和创新意识，树立正确的学习观．

二、重点难点

重点：

1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别

2.多普勒效应的定义及产生条件

难点：

1．波源的频率与观察者接收到的频率的区别

2．对多普勒效应成因的探究论证

三、学情分析

本节内容较为抽象，但是和实际生活联系的比较密切，学生应该是比较容易感知和掌握的。

四、教学过程：

同学们，在前面我们学习了许多关于波的知识，例如，波的干涉、衍射是一切波特有的现象，今天我们在来学习另外一种有关波的物理现象。请观察下面的实验。

【演示实验】

(1)蜂鸣器静止,学生听声音有无变化

(2)两个学生分别站在教室前后,手中牵一根绳,让发生器在绳上快速运动,其他学生注意听声音有无变化

学生叙述听到的声音情况

(1)静止时，听不到声音的变化；

(2)发生器靠近时，声音变得尖锐(音调变高)；发生器远离时，声音变得低沉(音调变低). 【问题】生活中有无类似的现象？

学生举例：行驶中的汽车鸣笛；火车鸣笛进站；飞机起飞等

【录像】行驶中鸣笛的汽车和火车。

【问题】音调的高低由什么决定? 音调的高低由声源频率的决定，频率越高，音调越高。

【学生乐器演示】声音的音调和响度。

乐律C 调音节中各音的频率

唱名

do f/Hz re mi fa sol la si do（高）

264 297 330 352 396 440 495 528 【问题】回忆实验和录像，在什么条件下，我们听到声音的频率会发生变化？

相对运动

【引入新课】这种由于声源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应

这一现象是奥地利科学家多普勒在1842年提出并作出解释的，因此叫做多普勒效应。

(一)多普勒效应成因分析

【问题】多普勒效应是生活中常见的一种现象，在平时我们也观察到了这种现象，那么大家有无想过，为什么会产生多普勒效应，在产生多普勒现象时有无可以遵循的物理规律存在？

下面我们就共同来探究多普勒效应的形成原因。

【问题】在多普勒效应中，观察者感受到声音的频率发生了变化，那么，人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？

声源的频率：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数．因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数；

观察者的接受到的频率：单位时间接收到的完全波的个数的。

【问题】多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动产生的，那么波源的频率和观察者的频率二者与运动有什么关系？

实际的多普勒效应比较复杂，我们只研究最简单的现象，即当波源和观察者在同一条直线上的相对运动时的情况。

【问题】那么在同一条直线上观察者和波源的运动情况可能有哪些？下面我们就通过研究这

几种情况下的普勒效应来探究其成因。

1．当波源S和观察者A都相对介质都静止，即二者没有相对运动时：

【课件展示】声波每完成一次全振动向外传播一个波长的球面波。

从声波传到观察者计时，假设波源频率为20Hz，即波源每秒发出20个完全波，这20个完全波通过观察者的时间为1s，即观察者每秒接收20个完全波，

结论：不发生多普勒效应。

2．当波源S相对介质不动，观察者A相对介质运动时：

①波源相对介质不动，观察者靠近波源运动时；

情景同前，假设观察者在1s内由A运动到B点，则波源在1s内发出完全波的个数仍为20个不变，但观察者在1s内接收到的完全波的个数增多1个，为21个，即观察者接收到的频率增大．

【课件展示】

②波源相对介质不动，观察者远离波源运动时；如1s观察者从A点运动到C点，波源频率不变，观察者接受到19个完全波，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小．

3．观察者A相对介质不动，波源S相对介质运动。（即实验演示的情景）

请学生分析原因。

【课件展示】

【实验验证】水波的多普勒效应。

教师：波源和观察者均相对运动的情况比较复杂，课上不作讨论。有兴趣的同学课下可以思考。请同学们根据前面的讨论对多普勒效应进行总结。

【结论】当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小．

【注意】在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化．

同学们，在前面我们通过实验，观察到了声波的多普勒现象，提出了多普勒效应的概念，又通过理论分析和实验验证解释了多普勒效应的成因，得出了多普勒效应的定性规律。这便是研究物理现象和规律的基本的科学方法。

事实上多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。物理规律源于生活和研究，又能为我们的所应用，如果你作为一个研究者，你认为多普勒效应能在哪些方面做出贡献？

【教师引导】接收频率与相对运动的速度通过推导可建立定量关系，因此根据多普勒效应不仅可以判断速度的方向，也可以测定速度的大小。

(二)多普勒效应的应用

【问题】请举出你所知道的生活中有关多普勒效应的应用有哪些？

1．(定量)根据汽笛声判断火车的运动方向和快慢，以炮弹飞行的尖叫声判断炮弹的飞行方向等．

2．测速:例如,交警用的雷达测速仪、用光的多普勒效应测天体的速度、多普勒水流测速仪。

【视频】

【问题】前面我们已经了解了多普勒效应的成因,现在你能否利用所学的知识解释测速的原理

原理：交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波(一般是红外线)，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. 3．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．

【视频】

在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”，所谓“红移现象”，就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释：由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波长变大）的红端移动．科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度．这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据．

4．光波的多普勒效应：

【视频展示】光波与声波的不同之处在于,光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去,则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。

“红移现象”是宇宙大爆炸理论的一个有力证据。