2024-2025学年高中物理第二章机械波6多普勒效应教案1教科版选修3-4

PAGE7-多普勒效应1从学问技能到物理运动观念：(1)通过试验感受多普勒效应。(2)初步定性说明多普勒效应产生的缘由；能用学习过的学问模型定量计算波源频率与视察者接收到的频率之间的关系。(3)了解多普勒效应的一些应用。2从过程方法到科学思维：通过多普勒效应形成过程的分析，提高学生的分析、推理实力。3从情感看法价值观到科学看法：通过对多普勒效应的探究性学习，让学生体会到物理源于生活又服务于生活，激发学生的合作意识和创新意识，树立正确的学习观。4教学重点：多普勒效应的理解。教学难点：波源与视察者发生相对运动时，对视察者接收到的频率发生改变的分析。5教学器材：蜂鸣器、多普勒效应声波演示仪（自制）.6教学过程：引入新课：嬉戏引入师：同学们，老师在上这节课之前，特意在网上搜寻了一段火车擦肩而过的视频，特别精彩，下面就与大家共享一下。（多媒体演示录像：无声的急驰而过的火车。请一位同学发表他的体会：精不精彩？）生：没有声音，不精彩！师：（配音）请你结合画面给这段视频配上火车的汽笛声，让它变的精彩好不好？（鼓掌，激励。模拟。课堂气氛活跃。）师：他的配音恰当吗？真实的汽笛声是怎样的？（再次播放请留意：音调的改变）问题1：波源发出的音调(f源)发生了改变吗？我们（视察者）接收到的音调（f观）发生改变了吗？是什么缘由造成的？——相对运动。象这样由于...现象，我们就称为多普勒效应现象。新课教学：一、多普勒效应现象由于波源与视察者之间有相对运动，使视察者感到频率发生改变的现象。简介发觉史：奥地利科学家多普勒(J.G.Doppler)带着女儿在铁道旁漫步时也留意到了类似的现象，他经过仔细的探讨，发觉波源和视察者相互靠近或者相互远离时，都会使视察者感到频率发生了改变，并且做出了相应的说明。问题2:我们应怎样做才能利用现有试验器材在室内进行重现该现象？二、探究多普勒效应成应1.试验定性探究学生探究探讨沟通：音叉平动(见图１)波源视察者频率的关系波源视察者频率的关系静止静止f收f源静止靠近波源静止远离波源靠近视察者静止远离视察者静止（学生探讨，经沟通后，认为有四种简洁的状况）师：很好。下面我们就根据同学们的观点，分别探究四种不同的状况下，波源的频率与视察者接收到的频率之间的关系。学生模拟活动视频：见图２（数鸭子）.每位男生代表波面，波面间距为一波长；最左边男生后面为波源；最右边男生（第一个波面）与女生视察者在同一细绳水平线上；男生运动速度代表波速，女生运动速度代表视察者运动速度。利用匀称数数0-5为一运动计时单位。通过女生身边的“过人频率”类比视察者接收频率；在波源不动的前提下，在女生听到声音的时间内通过动身点（细绳水平线）的“出人频率”类比波源频率；通过收集单位时间内波源“出人频率”与视察者接收到的“过人频率”的详细数据，让学生得到视察者接收频率与波源频率关系的结论。揣测：两者频率的关系又会如何呢？（沟通猜想）1.1波源与视察者相对介质静止，两频率的关系1.2波源相对介质不动，视察者朝波源运动（同始终线）1.3波源相对介质不动，视察者远离波源运动（同始终线）小结：视察者运动，使声波相对视察者的传播速度发生了改变，从而视察者接受到的频率发生了改变，而波源的频率是不变的。问题4：假如视察者不动，波源运动时，状况又会怎样呢？你见过“蜻蜓点水，紫燕穿波”吗？波面之间会有什么现象？下面我们进行试验重现，见图３（视察者不动，波源运动）。（边问边答）1.4假如视察者相对介质不动，波源靠近视察者运动（同始终线）？揣测：两者频率的关系又会如何呢？（沟通猜想。）多媒体演示动画（见图４）视察者不动、波源朝着视察者运动，相同时间内，视察者旁的数字为6，波源旁的数字为3，如图。学生得出视察者接收的频率大于波源频率的结论。1.5视察者相对介质不动，波源远离视察者运动（同始终线）揣测：两者频率的关系又会如何呢？（沟通猜想。）多媒体演示动画（见图５）视察者不动、波源远离视察者运动，相同时间内，视察者旁的数字为5，波源旁的数字为6，如图。学生得出视察者接收的频率小于波源频率的结论。总结：运动和两种频率的关系波源波源视察者频率的关系静止静止f收f源静止靠近波源静止远离波源靠近视察者静止远离视察者静止（老师分析：视察者运动变波速，波源运动变波长。)北京高校赵凯华教授指出:“当一位成熟的物理学家进行探究性的科学探讨时，经常从定性的或半定量的力一法入手。他们通过定性的思索或半定量的试验，力求先对问题的性质、解的概貌取得一个总体的估计和理解。否则一下了陷入细枝末节的探讨，往往会一叶障日，只见树木，不见森林。”叫这就是定性与半定量的探讨力一法。赵凯华教授认为在科学探讨中定性与半定量的分析力一法是行之有效的。他指出:“经过定量计算或精密测量之后，对所得的某些结果人们未必就知道其所以然。从整体上做了定性思索之后，才有可能抓住问题的本质。有意识地这样熬炼下去，久而久之，就会融会贯穿。”评价：刚才的计算机模拟及探究活动，你们有没有觉得不够严密？不够科学？不肯定牢靠？还有两者都运动的状况？下面我们应从定量角度进行探究。2.定量探究：问题5：从运动学的角度看，声波的传播和视察者的运动之间具有两物体运动的追击相遇特征。由此，能否应用解决追及相遇问题的方法来迁移解决多普勒效应现象？通常解决追击相遇问题采纳什么方法？（边问边答）美国数学家斯蒂恩说:“假如将一个问题转化为一个图形，就从整体上把握了问题的实质，从而创建性思索问题的解法。”因此，我们要通过物理图象，形成物理表象。引导1：下面两物分别做什么运动？两者初位置有什么关系？如何画出运动情景图？（黑板上画出情景图及S—T图）引导2：①假如在0时刻波源按了一下喇叭，声波传播的S-t图如何画?②经时间间隔T再按了一下喇叭，声波传播的S-t图又如何画出?③视察者两次听到声音的时间间隔T收如何表示？（学生边问边答，老师运用平面几何列出式子）三者同线同向。问题6：由公式可知，当三者都匀速时，f收是恒定值。那为什么火车从身边匀速驶过时，音调（频率）是改变的？（引导回答：三速同线同向。但我听火车汽笛声时，与火车同线吗？不同线怎么办？）结论：对于机械波，三者必需是径向相对运动（速度）对于机械波而言，（90度）代入上式计算，我们会发觉波的频率不发生改变，也就是说机械波只有纵向多普勒效应而没有横向多普勒效应。3．试验检验教生共同试验探究：手机示波器、声音传感器、蜂鸣器师生用手机示波器和声音传感器监测接收到的频率改变。师生明显听到蜂鸣器靠近时音调变高，远离时音调变低。三、多普勒效应的应用问题7：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。因此，多普勒效应在交通、医学、卫星、天文，甚至斗争等各个领域中都有应用。同学们，你们知道生活中有哪些应用？1.交通应用：多普勒测(流)速:红外线探讨：交警测量汽车速度的测速仪是如何测速的？（学生沟通：由交警同时拿着波源和接收装置，通过反射波频率的改变来测量汽车速度。）有阅历的铁路工人可以从火车的汽笛声推断火车的运动方向和快慢。有阅历的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声推断飞行的炮弹是接近还是远去.2.医学应用：超声诊断医用“彩超”，医生向人体内放射已知频率的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率改变，就能知道血流的速度。3．卫星应用：卫星定位马航追踪：运用多普勒效应分析MH370航班信息，终结于南印度洋。4．天文应用：光谱红移在天文学中，探讨频移有很大用处。利应用这一原理可以让我们发觉行星变的很简洁。（学生演示）学生的头代表主星，网球代表行星。行星受到主星的引力作用而环绕主星，主星也会受到行星的引力作用而不定摇摆（也就是学生的头会摇摆）。在地球上通过望远镜视察，即使你看不到行星，也能看到主星的摇摆。这虽然很难干脆视察到，但可以看到星光的光普勒频移。主星摇摆向你靠近时，辐射到地球的光波被压缩；主星摇摆向你远离时，辐射到地球的光波被拉伸。人类的眼睛看到的是颜色的改变，你就会发觉光波压缩偏蓝（蓝移）、拉伸偏红（红移）、偏蓝、偏红。在望远镜中能观测到这种光波颜色的改变，这种效果就是光波的多普勒效应。由此我们可以测出某一星球（恒星）相对于我们地球的径向速度。大部分恒星的光谱（由恒星大气中的原子和分子产生）中都有一条来自钙元素的谱线——钙K线，在试验室精测λ=3933.664埃；如我们的天文学家曾在观测恒星天兔座δ的红移量时，测得由它大气中的钙元素产生的λ测=λ+1.298埃，存在红移，这意味着我们在相互远离。1929年，美国天文学家哈勃(EdwinP.Hubble,1889-1953)发觉在宇宙空间几乎全部的星系都具有谱线红移现象，并且存在着星系红移量与该星系的距离成正比的关系.这就意味着越远的星系正在以越快的速度向四面八方“狂奔”远离我们而去.人们把这种运动叫做“星系退行”.星系的退行速度=哈勃常数×星系的距离，这便是闻名的哈勃定律.恒星光谱的红移现象为宇宙大爆炸理论供应了有力的证据。四、适用范围问题8：对于矢量公式，适用范围是什么？假如当视察者远离速率UR→波速vp(渐变)时，接收到的频率是多少？假如当波源靠近速率US→波速vp（渐变）时，接收到的频率又是多少？学生探讨并沟通：前者是f→0；后者是f→∞,早己超过人耳能听见的范围（发生质变），人的多普勒效应则失去了物理意义。结论：只有当三者同线匀速运动且vp>US、vp>UR时，f收为正，才产生多普勒效应。（强调物理现象与规律的相对性、量变与质变的辩证统一性）过渡：如今随着科技的发展，波源运动的速度US>波速vp是必定的，如超音速飞机。这样必会使波面挤压在一起形成音障(如图马赫锥)。这时气动阻力剧增，飞机要突破音障就须要发动机有更大的推力。当飞机突破音障时还会产生冲击波所引起的巨大响声（音爆）。五、小结多普勒效应的应用说明白：一个物理的改变过程总是从量的渐变到引起质的突变。渐变向突变的转化，往往是在事物达到某种极端的状态之后出现的，事物达到高峰就会向对立面转化。突变向渐变的转化，往往是在事物发生突变后，在新质的规定下，出现平稳的改变状态，这是一切物理过程所遵循的基本法则。在我们物理学习中，我们必需运用这一法则，去剖析物理过程的实质，去发展我们辩证思维实力。）设计思路本节主要以声波为例介绍多普勒效应。声波的多普勒效应是一种常见的物理现象。木节课通过演示试验、生活实例视频、学生参加的模拟实例让学生经验从生活走向物理的相识过程;经验基木的科学探究过程;充分发挥老师的组织者和引导者的作用，培育学生的探究乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践实力。最终通过学生阅读教材，老师讲解，多媒体课件展示多普勒效应在现代生产和生活中的应用让学生经验从物理走向社会，以开阔眼界引起学生爱好，为终身发展，形成科学世界观和价值观打下基础。教学说明1.本节课本着“学问、过程、方法并重”的指导思想，力图体现“老师为主导，学生为主体，过程为主线”的教学设想。(1)采纳嬉戏的方式，既复习了有关概念、引出了课题，又调动了学生的学习热忱。（2）通过学生自己探讨各种探究方案的优劣，培育学生制订探究安排的实力。当学生以为探究活动结束时，刚好引导学生对探究活动进行评价，渗透评价是探究活动的重要组成部分的思想，培育评价实力。(3）通过学生自己探讨设计测速仪的方案，并相互评议、改进各自的方案，发展学生的创建性思维，培育学生合作学习的精神。(4）在探究频率关系时，采纳由“感觉”到“数据”的方法，渗透收集数据是重要的视察方法的思想；在已有现象的基础上，引导学生大胆进行猜想，培育学生的猜想实力；采纳猜想—模拟现象验证—真实现象验证的模式，渗透实践是检验猜想的根本方法的重要思想，培育学生的科学素养。(5）通过采纳多媒体手段介绍多普勒效应的应用，引导学生关注物理学与科学技术的关系。（6）建构主义认为，学生用自己的观点解读了教材的内容、从而在头脑中建构出一个新的概念，学生的学习是主动的。为了形象表现多普勒现