人教版选修34 第十二章 5　多普勒效应6　惠更斯原理 学案.docx

5多普勒效应6惠更斯原理学习目标1.了解多普勒效应，并能运用多普勒效应解释一些物理现象.2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理.3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象，并能用惠更斯原理进行解释一、多普勒效应导学探究警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？答案(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时音调变低(2)实际上警笛的音调不会变化(3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增大；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化知识梳理对多普勒效应的理解1多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率发生变化的现象2多普勒效应产生的原因：(1)当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观察到的频率等于波源振动的频率(2)当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小即学即用判断下列说法的正误(1)只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应()(2)只要观察者在运动，就一定能观察到多普勒效应()(3)只要波源与观察者之间有相对运动，就一定能观察到多普勒效应()(4)当发生多普勒效应时，观察者接收到的波的频率可能增大，也可能减小()(5)发生多普勒效应时，波源的频率没有发生变化()(6)只有声波才能发生多普勒效应()二、惠更斯原理导学探究把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，向四面八方传播的波峰(波谷)是否会组成一个个圆？与这些圆垂直的线能否表示波的传播方向？答案因为水波由波源向四周传开，向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)会组成一个个圆与这些圆垂直的线能表示波的传播方向知识梳理对惠更斯原理的理解1波面：在波的传播过程中，任一时刻介质中任何振动状态相同的点组成的面叫做波面2波线：波线是指与波面垂直的那些线，它代表了波的传播方向，如图1所示图13惠更斯原理介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面即学即用 判断下列说法的正误(1)在波的传播过程中，介质中所有参与振动的质点都可以看做是新的波源()(2)子波是真实存在的波()(3)同一波面上的各质点振动情况可能不相同()(4)无论怎样的波，波线始终和波面垂直()三、波的反射和折射导学探究(1)对着山崖或高墙说话时，能听到回声；夏日的雷声在云层间轰鸣不绝，你知道这是怎么回事吗？(2)如图2所示为两波的示意图，波由介质1进入介质2时频率变化吗？波长变化吗？图2答案(1)这两种现象都是由于声波的反射造成的(2)频率由波源确定，故频率不变化，波速由介质决定，故波速变化，由知波长变化了知识梳理对波的反射和折射的理解1波的反射(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同(3)波的反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线两侧，反射角等于入射角2波的折射(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变(3)在波的折射现象中，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比即学即用判断下列说法的正误(1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生()(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短()(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化()(4)波的折射和反射现象都可以用惠更斯原理解释()一、多普勒效应多普勒效应产生的原因分析：(1)相对位置变化与频率的关系(规律)：相对位置图示结论波源s和观察者a相对静止，如图所示f观察者f波源音调不变波源s不动，观察者a运动，由ab或ac，如图所示若靠近波源，由ab，则f观察者f波源，音调变高；若远离波源，由ac，则f观察者f波源音调变高(2)成因归纳：根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动例1(多选)关于多普勒效应，以下说法中正确的是()a发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化b发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化c多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的d只有声波才能产生多普勒效应答案bc针对训练1(多选)火车上有一个声源发出频率一定的音乐当火车静止，观察者也静止时，观察者听到并记住了这个音乐的音调以下情况中，观察者听到这个音乐的音调比原来降低的是()a观察者静止，火车向他驶来b火车静止，观察者乘汽车向着火车运动c观察者静止，火车离他远去d火车静止，观察者乘汽车远离火车运动答案cd解析根据多普勒效应可知，当波源和观察者间距离变小，观察者接收到的频率一定比波源频率高当波源和观察者间距离变大，观察者接收到的频率一定比波源频率低观察者听到这个音乐的音调比原来降低，即接收到的声波频率降低，说明观察者和火车之间的距离在变大所以a、b错误，c、d正确多普勒效应的判断方法(1)确定研究对象(波源与观察者)(2)确定波源与观察者是否有相对运动若有相对运动，能发生多普勒效应，否则不发生(3)判断：当两者远离时，观察者接收到的波的频率变小，靠近时，观察者接收到的波的频率变大，但波源的频率不变二、惠更斯原理1惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面元)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的2惠更斯原理的局限性波的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的例2(多选)对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是()a同一波面上的各质点振动情况完全相同b同一波面上的各质点振动情况可能不相同c球面波的波面是以波源为中心的一个个球面d无论怎样的波，波线始终和波面垂直答案acd解析按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故a对，b错由波面和波线的概念，不难判定c、d正确针对训练2下列说法中正确的是()a根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源b惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播c若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波的传播方向d惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相关现象答案a解析根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面，a正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，b错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故c错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故d错误三、波的反射和折射及应用波的反射和折射问题中的规律(1)频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由可知波长变大；反之变小例3图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()图3a2与1的波长、频率相等，波速不等b2与1的波速、频率相等，波长不等c3与1的波速、频率、波长均相等d3与1的频率相等，波速、波长均不等答案d解析波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，a、b错；波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由得波长不同，故c错，d对例4某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？答案425 m解析设测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为sx,2xvt12(sx)v(t1t)其中t0.5 s，t11 s，代入数据得：s425 m.回声测距的三种情况(1)当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声.(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v).(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v).1(多选)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比()a波速变大 b波速不变c频率变高 d频率不变答案bc解析渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，波速由介质决定，所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比波速不变，根据声音的多普勒效应，声源移向观察者时接收频率变高，所以被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比频率变高2关于惠更斯原理，下列说法正确的是()a惠更斯原理能够解释所有波的现象b子波的波速与频率等于初级波的波速和频率c用惠更斯原理不能解释波的衍射现象d同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反答案b3(多选)对于波的折射现象，下列说法中正确的是()a当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线b当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变c在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变d波发生折射时一定不会发生反射现象答案ac解析当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线，a对当波垂直界面入射时，传播方向尽管不改变，但由于介质发生改变，波速和波长都发生改变，周期、频率不变，b错，c对波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，d错4某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m海面上发出的声音经0.4 s听到回声，则海水深为多少？答案306 m解析声音在空气中与在海水中传播的频率相同，则，所以v水v空340 m/s1 530 m/s.物体发出的声音经0.2 s传至海底，故海水的深度为sv水1 5300.2 m306 m.一、选择题1医院通过彩超对人体进行体检时，彩超机向人体内发射频率已精确掌握的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，然后通过反射波频率变化就可知血液的流速，这一技术主要体现了哪一种物理现象()a共振 b波的衍射c多普勒效应 d波的干涉答案c解析由题意可知，该仪器是测量反射波的频率变化，而波的干涉、波的衍射及共振都不会产生频率的变化多普勒效应中由于波源的移动而使接收到的频率变化，故该技术体现的是多普勒效应2(多选)下面应用利用了多普勒效应的是()a利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度b交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理c铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况d有经验的战士利用炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去答案abd3公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速()a高于100 km/h b低于100 km/hc等于100 km/h d无法确定答案a解析因为巡警车(观察者)接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判定轿车车速比巡警车车速大，故选项a正确，b、c、d错误4频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动以u表示声源的速度，v表示声波的速度(uv)，f表示接收器接收到的频率若u增大，则()af增大，v增大 bf增大，v不变cf不变，v增大 df减小，v不变答案b解析由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率变高，f增大，故b项正确5(多选)以下关于波的认识，正确的是()a潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理b隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的c雷达的工作原理是利用波的干涉d水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象答案abd解析潜艇探测周围物体利用了反射原理，a对；隐形飞机可以减少波的反射，b对；雷达工作原理利用了波的反射，c错；水波的传播方向发生变化，属于波的折射，d对6人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，是因为()a室内空气不流动b室内声音多次被反射c室内声音发生折射d室内物体会吸收声音答案b解析人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，甚至反射多次，因而显得声音洪亮7(多选)如图1甲所示，男同学站立不动吹口哨，一位女同学坐在秋千上来回摆动，下列关于女同学的感受的说法正确的是()图1a女同学从a向b运动过程中，她感受哨声音调变高b女同学从e向d运动过程中，她感觉哨声音调变高c女同学在c点向右运动时，她感觉哨声音调不变d女同学在c点向左运动时，她感觉哨声音调变低答案ad解析女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她就会靠近声源，根据多普勒效应，她就能感到哨声音调变高；反之，女同学向左运动时，她感到音调变低选项a、d正确，b、c错误8. (多选)如图2所示是一波源o做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况，则()图2a该波源正在移向a点b该波源正在移向b点c在a处观察，波的频率变低d在b处观察，波的频率变低答案ad9蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次假定蝙蝠的超声脉冲的发射频率为39 000 hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是()a墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 hzb蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率c蝙蝠接收