人教版(新教材)高中物理选择性必修1教学设计：3 5 多普勒效应教案

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE15多普勒效应1.1立足教纲教参，确定教学方针《教师用书》明确说明如下1、只对多普勒效应做定性分析，使学生对多普勒效应有初步了解，注意不宜引申。2、要理解多普勒效应，学生必须先知道波源的频率与观察者接受到频率的区别，这是学习本节的关键。3、理解多普勒效应产生的原因并能简单的解释一些现象。因此关于多普勒效应的教学，应该重在了解和应用，所以我认为一定不要讲的太难，只需让学生理解当波源接近和远离接收器时，接收到的频率会不一样，接近时频率高，远离时频率低即可；同时应该适当的多介绍一些多普勒效应的物理学史内容及实际应用，在讲解的同时应充分利用多媒体手段，使教学过程生动形象，易于理解，以获得最好的教学效果。1.2教学过程的具体流程〖引入〗提出问题：生活中存在这么一种现象，一辆汽车从身边疾驶而过，车上喇叭的音调有一个从高到低的突然变化；站在铁路旁边听列车的汽笛声也能够发现，列车迅速迎面而来时音调较高，而列车迅速离去时则音调较低。为什么会发生这种情况？（图1）什么是多普勒效应：1842年，奥地利科学家多普勒（J.C.Doppler）带着女儿在铁道旁散步时也注意到了类似的现象，他经过认真的研究，发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，都会使观察者感到频率发生了变化，并且做出了相应的解释，因此人们把这种现象叫做多普勒效应。〖多普勒效应的定性分析〗为了更好的了解多普勒效应，可以做这样一个模拟实验。让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每秒有9个人从他身边通过．这种情况下的“过人频率”是9人/秒（图2）；如果观察者逆着队伍行走，每秒和观察者相遇的人数增加，也就是频率增加（图3）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（图4）．·通过上面的演示，可以得到怎样的结论？为了更科学的说明问题，用水波代替声波（都是机械波），做如下演示实验。在盛有清水的大水槽中，以一端粘有直径约为8ｍｍ的石蜡球的细弹簧作为弹簧单振子，使单振子与水面接触，如图5所示。若使单振子沿竖直方向周期性地上下击打水面，这时，水面上就形成向四周传播的周期性同心圆波。若将振动着的单振子在水面上向右平移、便可看到从振源中心到右槽壁间的波纹变密、波长缩短，右壁接收波的频率变大，而振源中心到左槽壁的波纹变疏，波长增大，左槽壁接收波的频率变小，波形如图6所示。（做该实验时，水槽尽量大些，为减少反射波的影响，可用多层纱布条缝叠在一起，挂在水槽壁内，以吸收传到槽壁的波）。·这个实验说明什么问题？通过上面的演示，可以帮助学生更好的理解多普勒效应，同时强调波源与观察者有相对运动时，波源（单振子）的频率没有发生变化，观察者（槽壁）接受的频率发生变化，与波源频率不同，波源靠近观察者时，观察者（右槽壁）接受到的频率大于波源的实际频率；波源远离观察者时，观察者（左槽壁）接受到的频率小于波源的实际频率。〖多普勒效应的科学解释〗据说为了计算出“多普勒效应”的数学关系式，多普勒曾让几位吹号人坐在一节平板火车上，让几个对音调特别敏感的音乐家坐在铁轨附近。一辆机车拉着那节平板车厢用不同的速度来来回回开了两天，在地面的音乐家们“记下了”火车接近和远离时号声不同的音符，得出了多普勒公式。下面对多普勒效应作一下简单的科学解释。若波源和观察者相对介质都不动（图7），即接受到的频率等于波源频率若波源相对介质不动，而观察者向波源运动（图8），在单位时间内，观察者朝着波源移动了一段距离，与观察者不动的情况相比，观察者在单位时间内的接收到完全波的个数增多，接收到频率增大；反之，如果观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到完全波的个数减少，接收到的频率减小若观察者静止，波源向观察者运动（图9），如图所示，波从波源发出，在均匀介质中以球面波的形式传播，球心即是发出该波时波源所在的位置。波源向右运动，球心向右运动，波源右方的波长变短，波源左方的波长变长，即波源靠近观察者，接受到的频率增大，反之，若波源远离观察者，接受到的频率减小〖多普勒效应的实际应用〗问题：能否利用音叉，录音机等发声装置现场演示多普勒效应？请学生讨论发表并观点．结合学生的〖答案〗阐述多普勒效应的应用，强调多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅是机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。应用1：雷达测速。根据多普勒效应，有经验的铁路工人可以根据火车的汽笛声判断火车的运行方向及快慢，同时多普勒效应也被警察应用于使司机们害怕的速度监测雷达。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。应用2：光谱线的"红移现象"。天文学家有时有点像个听觉很灵敏的盲人，这种人听到救火车汽笛的声音就能判断车子行驶的速度和方向。天文学家也通过使用摄谱仪“听”恒星的光而测量它们的运动，他们发现我们在地球上看到的恒星发出的光线也有频率漂移现象，恒星光谱都朝波长较长的红光方向偏移。这就是著名的"红移现象"。红移意味着光波的波长变长，根据多普勒效应原理，恒星正在离我们远去。而且，距离地球越远的恒星红移越大，这表明距离越远的恒星离开地球的速度越快。恒星光谱的红移现象为宇宙大爆炸理论提供了最有力的证据。与红移现象相对应的是光谱线的“蓝移现象”。据说一个司机因开车闯红灯被送上了法庭。他非常聪明，解释说是因为汽车跑得很快，红光在他眼里成了绿光。法官的物理学也学得不错，计算出来，要使红光由于多普勒效应变成绿光，那个司机必须把车子开到10万公里／秒的速度。法官于是微笑着对司机说道：“我接受你的论证，你在超速行驶！”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。〖课堂小结〗什么是多普勒效应？→多普勒效应的特点→多普勒效应的实际应用2多普勒效应的教学体会2.1必须明确多普勒效应的教学在教材中占有怎样的位置关于多普勒效应的教学，由于重在了解和应用，因此一定不要讲得太难，只需让学生知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应产生的原因并能简单的解释一些现象。讲的过难会冲淡本章其他内容，不能突出重点。2.2怎样在教学中应充分调动学生学习的积极性和主动性多普勒效应在生活中很常见，但很多学生平时却并不在意。因此，授课时可以利用〖引入〗中的置疑巧妙设计问题，使学生对学习内容产生兴趣，围绕问题积极思考，使学生成为课堂的主体。例如在本节教学中笔者首先列举了一系列的常见的多普勒现象，激发了学生的学习兴趣，让学生想知道这是什么现象？为什么会发生这种现象？同时在教学的过程当中，也要积极的不断启发学生，使他们在学习中能提出问题、独立思考问题，努力运用科学原理与方法分析问题和解决问题，使学生成为知识的主动建构者。在演示实验的设计上尽量使科学、简单、新颖，能说明想要说明的问题，真正的为课堂服务，为学生服务，调动学生的积极性和主动性。在教学中，演示实验不仅要“言之有物”切中要害，又要发人深省。如果条件允许还应让学生多动手、多参与。老话说“耳听的会漏，眼看的能忘，做过的才懂”。物理教学除了传授已有的科学内容外，更重要的是要开启学生接受知识之门，耳、眼、手都要用到，让学生亲自参加学习的过程，体会自已学会和理解新事物的乐趣。教学过程有反馈，不能“一言堂”。反馈是认知过程的重要一环，没有反馈的教学过程不管其他方面设计的多完美，也不会收到很好的教学效果。因此在教学中应注意知识的反馈，注意知识结构的完整性。在《多普勒效应》一课的设计上反馈主要体现在两方面：置疑反馈和知识框架的反馈。置疑反馈是教学设计中每一个教学子任务完成情况的总结，能否进行下一教学任务的前提，若没有置疑反馈，教师讲课就犹如双眼不能视物的盲人，做不到有的放矢，不能高效的完成任务。知识框架的反馈是对一节内容的回顾和总结，使学生进一步明确本节的学习任务及学习目的。注意多联系实际生活、多涉及物理学的前沿科学。这样做的目的很简单，就是让学生知道为什么要学习物理，学习物理有什么用，让学生领略到物理知识如何与现实世界