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

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

第4節(jié) 多普勒效應及其應用 課堂互動 三點剖析 一、多普勒效應 如圖2-4-1所示,波源和觀察者都不動,設波源頻率為20 Hz,則波源每秒發(fā)出20個完全波,波速v=λf,所以每秒經過觀察者20個完全波,這時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,觀察者向波源運動,人耳在1 s內由位置A移到位置B,雖然波源每秒仍發(fā)出20個完全波,但觀察者每秒卻接收到21個完全波,即二者相互接近時,觀察者接收到的頻率大于波源的頻率,反之,觀察者遠離波源運動,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,波源向右運動,觀察者不動,波源由S1運動到S2,波源右方的波面變得密集,因波速不變,波長變短,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,波長變長,左方觀察者接收到的頻率小于波源的頻率. 【例1】下列關于多普勒效應的說法,正確的是( ) A.只有聲波才能發(fā)生多普勒效應 B.當觀察者靠近聲源時,聽到聲音的音調升高,說明聲源的頻率升高了 C.當聲源和觀察者同時以相同的速度向同一方向運動時,不會發(fā)生多普勒效應 D.火車離站時,站臺上的旅客聽到火車的汽笛聲音調降低 解析:多普勒效應是波動過程共有的特征,不僅是機械波,電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應,選項A錯.發(fā)生多普勒效應時,聲源的頻率并沒有發(fā)生變化,而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化,選項B錯.當波源和觀察者以相同的速度運動時,兩者之間無相對運動,不會發(fā)生多普勒效應,選項C正確.火車離站時與站臺上的旅客相對遠離,旅客聽到的音調降低,選項D正確.正確選項是C、D. 答案:CD 二、多普勒效應的定量分析 v1表示波源對介質的速度,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與波源的運動無關,而波源S每發(fā)出一個完全波就向R移近了v1T,故對R來說,波長縮短了v1T,即λ′=λ-v1T=v/f-v1/f=(v-v1)/f,觀察者接收(感覺)到的頻率為f′=f,當波源S以速度v1遠離觀察者時,f′=f. 2.若波源S不動,觀察者R以速度v2向S運動,經時間t向S運動了v2t的距離,同時波背離波源S傳播了vt,觀察者R感覺到的頻率(即通過他的波的個數(shù))為f′==(1+)f;觀察者以速度v2遠離波源S時,f′=(1-)f. 【例2】以速度u=20 m/s奔馳的火車,鳴笛聲頻率為275 Hz,已知常溫下空氣中的聲速v=340 m/s. (1)當火車駛來時,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少? (2)當火車駛去時,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少? 解析:(1)觀察者相對介質靜止,波源以速度u向觀察者運動,以介質為參考系,波長將縮短為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 各個擊破 類題演練1 當你站在車站里時,聽到進站火車的汽笛聲與出站火車的汽笛聲有何不同? 解答:聽到進站火車的汽笛聲越來越高;而出站的火車汽笛聲越來越低. 變式提升1 音叉發(fā)出的聲音逐漸變弱的過程中,下列說法不正確的是( ) A.聲速逐漸變小 B.頻率逐漸變低 C.波長逐漸變小 D.周期逐漸變短 解析:本題的四個選項都不正確,聲音逐漸變弱是因為振幅逐漸減小. 因為把音調高低與聲音的強弱混淆了,所以容易少選了B. 答案:ABCD 類題演練2 警車上的警笛每隔0.5 s響一次,一個人坐在以60 km/h的速度向警車行駛的汽車上,求此人在5 min內聽到聲音的次數(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似于一個波長為λ=3200.5 m=160 m的波,人與聲音的相對速度 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 一個觀察者在鐵路旁,當火車迎面駛來時,他聽到的汽笛聲頻率為f1=440 Hz;當火車駛過他身旁后,他聽到的汽笛聲的頻率f2=392 Hz. 若大氣中聲速約為330 m/s,求火車的速度和火車汽笛發(fā)聲的頻率f0. 解析:設火車的速度為u,聲速為v. 當火車靠近時,聲波的波長被壓縮為λ′=vT-uT=,觀察者聽到的頻率 f1=f0即 440=f0① 同理,當火車遠離時,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

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