浙江省版高中物理第十二章机械波第5课时多普勒效应惠更斯原理学案新人教版.docx

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浙江省版高中物理第十二章机械波第5课时多普勒效应惠更斯原理学案新人教版

教学课件

第5课时　多普勒效应　惠更斯原理

[研究选考·把握考情]

知识内容

多普勒效应、惠更斯原理

考试要求

加试b

教学要求

1.了解多普勒效应

2.了解多普勒效应的简单应用

3.初步理解多普勒效应产生的原因

4.了解波面、波线的概念，知道惠更斯原理

5.理解球面波与平面波的传播特点

6.会用惠更斯原理解释波的反射

7.会用惠更斯原理解释波的折射

8.会用惠更斯原理分析简单的问题

说明

1.不要求推导接收频率与波源频率的关系式

2.不要求用惠更斯原理证明波的反射定律和波的折射定律

知识点一　多普勒效应

[基础梳理]

1.定义

波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫做多普勒效应。

2.成因

（1）波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，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，1s内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观察到的频率增大；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小。

3.应用

（1）测车辆速度；

（2）测星球速度；（3）测血流速度。

[要点精讲]

1.多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应。

2.发生多普勒效应时，波源发出的频率不变，变化的是观察者接收到的频率。

3.当声源与观察者相互接近时，f观察者变大，音调变高。

如图1甲中波源S不动，观察者由A向B运动和图乙中观察者A不动，波源由S1向S2运动。

当声源与观察者相互远离时，f观察者变小，音调变低。

如图甲中波源S不动，观察者由A向C运动。

图1

【例1】下面说法中正确的是（　　）

A.发生多普勒效应时，波源的频率变化了

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.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的

解析　当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，故选项C正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A错误，B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，故选项D正确。

答案　BCD

知识点二　惠更斯原理

[基础梳理]

1.波面和波线

（1）波面：

在波的传播过程中，任一时刻振动状态都相同的介质质点所组成的面。

波面为球面的波叫球面波，波面是平面的波叫平面波。

如图2所示。

图2

（2）波线：

与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线。

2.惠更斯原理

（1）内容：

介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，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。

（2）应用：

如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向。

[要点精讲]

1.对惠更斯原理的理解

（1）惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源。

子波波源的频率与波源的频率相等。

（2）波线的指向表示波的传播方向。

（3）在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直。

（4）球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线。

（5）利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。

2.对波的反射与折射的理解

（1）波的反射：

反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。

（2）波的折射：

在波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。

（3）波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同的介质中的传播速度不同。

【例2】关于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

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正确，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确。

答案　ACD

【例3】在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为（　　）

A.室内空气不流动B.室内声音多次反射

C.室内声音发生折射D.室内物体会吸附声音

解析　在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。

答案B　

1.下面描述没有利用多普勒效应的是（　　）

A.利用在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率

B.交通警察向行驶中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理

C.铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况

D.有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声可判断飞行的炮弹是接近还是远去

解析　凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对地球运动的速率；被反射的超声波，相当于一个运动的物体发出的超声波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动做出判断的；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故只有选项C不是利用多普勒效应。

答案　C

2.根据多普勒效应，下列说法正确的是（　　）

A.当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率一定发生变化

B.当波源与观察者同向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低

C.当波源与观察者相向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率高

D.当波源与观察者反向运动时，观察者接收到的频率一定比波源发出的频率低

解析　当波源与观察者的相对距离减小时，观察者单位时间内接收到的完整波的个数增多，即观察者接收到的频率比波源发出的频率高；当二者的相对距离增大时，观察者单位时间内接收到的完整波的个数减少，即观察者接收到的频率比波源发出的频率低。

当波源与观察者有相对运动，但距离不变时（如圆周运动），则不会出现多普勒效应，选项A错误；当波源与观察者同向运动时，二者的距离可能增大，也可能减小，也可能不变，选项B错误；当波源与观察者相向运动时，二者的相对距离减小，故选项C正确；当波源与观察者反向运动时，二者的相对距离增大，选项D正确。

答案　CD

3.下列关于惠更斯原理的说法正确的是（　　）

A.惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象

B.惠更斯原理能够解释波的衍射现象

C.介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源

D.惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小的关系

解析　惠更斯原理解释了波的传播相关的问题，所以能够解释波的反射现象和折射现象，故A正确；同样对波的衍射现象，惠更斯原理也可以解释，但不能解释衍射现象与孔或障碍物大小的关系，故B、C正确，D错误。

答案　ABC

4.如图3所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则（　　）

图3

A.2与1的波长、频率相等，波速不等

B.2与1的波速、频率相等，波长不等

C.3与1的波速、频率、波长相等

D.3与1的频率相等，波速、波长均不等

解析　反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等，故A、B错误；折射波的波长、波速与入射波都不等，但频率相等，故C错误，D正确。

答案D　

选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。

）

1.关于多普勒效应，下列说法中不正确的是（　　）

A.发生多普勒效应时波源的频率保持不变

B.要发生多普勒效应，波源和观察者间必须有相对运动

C.只有声波会发生多普勒效应

D.机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应

解析　多普勒效应是一种现象，发生多普勒效应时，波源的频率没有发生改变，波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率发生变化，而且机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应。

答案　C

2.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，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速。

这一技术主要利用了哪一种物理现象（　　）

A.多普勒效应B.波的衍射

C.波的干涉D.共振

解析　彩超机是利用超声波的多普勒效应而制成的仪器。

答案　A

3.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1ms或不到1ms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39000Hz，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39000Hz

B.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.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率

D.蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz

解析　由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39000Hz，蝙蝠接收到墙壁反射的频率也大于墙壁接收的频率。

所以C正确。

答案　C

4.如图1所示，将上下振动的振针水平移动，移动过程中在水面上形成了如图所示的水波图形，下列说法正确的是（　　）

图1

A.振针向右移动

B.振针向左移动

C.在A处的观察者，接收到的水波频率变小

D.在A处的观察者，接收到的水波频率变大

解析　振针（波源）前进方向上的水波变得密集，在其反方向的水波变得稀疏，因此振针向右移动；由于波源远离观察者时，水波波长变长，观察者接收到的频率变小，故A、C正确。

答案　AC

5.如图2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2

A.女同学从A向B运动过程中，她感觉哨声音调变高

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

解析　女同学荡秋千的过程中，只要她有向右的速度，她都有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她都感到哨声音调变高；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。

答案　AD

6.有一种用遥控装置操纵、沿圆周飞行的模型飞机，用内燃发动机提供动力。

下列说法中正确的是（　　）

A.站在中心的操纵者听到发动机工作时发出的声音的音调忽高忽低地做周期性变化

B.站在中心的操纵者听到发动机工作时发出的声音的音调是不变的

C.站在场边的观察者听到发动机工作时发出的声音的音调忽高忽低地做周期性变化

D.站在场边的观察者听到发动机工作时发出的声音的音调是不变的

解析　内燃机工作时发出频率一定的声波，站在中心的操纵者与发动机之间距离不变，听到的声音的频率不变；站在场边的观察者与发动机之间的距离做周期性变化，听到的声音的频率也在做周期性变化，选项B、C正确。

答案　BC

7.下列说法正确的是（　　）

A.波线表示波的传播方向

B.波面表示波的传播方向

C.只有横波才有波面

D.波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面

解析　波线表示波的传播方向，故A正确，B错误；所有的波都具有波面，故C错误；由惠更斯原理可知，D正确。

答案　AD

8.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，由惠更斯原理就可以确定波的传播方向

D.惠更斯原理不但可以解释波的直线传播，还可以解释波的反射与折射等相关现象

解析　惠更斯原理将介质中任一波面上的各点看做发射子波的波源，可以解释波传播中的包括反射、折射在内的传播规律，故A、D正确。

答案　AD

9.声波从声源发出，在空中向外传播的过程中（　　）

A.波速在逐渐变小B.频率在逐渐变小

C.振幅在逐渐变小D.波长在逐渐变小

解析　根据惠更斯原理知，声波从声源发出后，在空中向外传播的过程中，形成了以波源为中心的波面，波面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面，形成的包络面，即为新波面，但声源提供的能量一定，在形成新的波面后，总能量不变，但每个新波面获得的能量减少，故在波的传播过程中振幅逐渐减小，故应选C。

答案　C

10.一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则（　　）

A.声波频率不变，波长变小

B.声波频率不变，波长变大

C.声波频率变小，波长变大

D.声波频率变大，波长不变

解析　由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，故C、D错误；又因波在水中速度较大，由公式v＝λf可得，波在水中的波长较大，故A错误，B正确。

答案　B

11.如图3所示，向左匀速运动的小车发出频率为f的声波，车左侧A处的静止的人感受到的声波的频率为f1，车右侧B处的静止的人感受到的声波的频率为f2，则（　　）

图3

A.f1＜f，f2＜fB.f1＜f，f2＞f

C.f1＞f，f2＞fD.f1＞f，f2＜f

解析　波源朝向观察者运动时，观测频率大于波源的频率，波源远离观察者运动时，观测频率小于波源的频率，D正确。

答案　D

12.如图4所示，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播，波速v＝400m/s。

为了接收信号，在x＝400m处设有一接收器A（图中未标出）。

已知t＝0时，波已经传播到x＝40m处，则下列说法中正确的是（　　）

图4

A.波源振动的周期为0.05s

B.x＝40m处的质点在t＝0.5s时位移最大

C.接收器在t＝1.0s时才能接收到此波

D.若波源向x轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于20Hz

解析　波源振动的周期T＝

＝

s＝0.05s，A正确；x＝40m处的质点在t＝0.5s时仍在平衡位置，B错误；接收器接收到此波的时间t＝

s＝0.9s，C错误；波源振动的频率f＝

＝20Hz，由多普勒效应的知识知道若波源向x轴负方向移动，观察者与波源距离变大，则接收器接收到的波的频率将小于20Hz，D正确。

答案　AD