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(共31張PPT)
第三章 機械波
第四節 多普勒效應及其應用
新課導入
你是否注意過這樣的現象？當救護車鳴笛從你身邊飛速駛過時，聽到的鳴笛聲的音調會發生變化。救護車向你駛來時，音調變高；離你而去時，音調變低。聽到的聲音的音調為什么會發生變化？
多普勒效應
情境導入
飛機飛近時，轟鳴聲越來越尖銳
飛機飛遠時，轟鳴聲越來越低沉
聽飛機聲音的變化
列車靠近時，鳴笛聲越來越尖銳 列車遠離時，鳴笛聲越來越低沉
聽列車聲音的變化
新課講解
多普勒效應
現象：當火車向你駛來時，感覺音調變高；當火車離你遠去時，感覺音調變低。（音調由頻率決定，頻率高音調高；頻率低音調低）
多普勒效應：當波源和觀察者之間有相對運動時，觀察者會感到頻率發生變化的現象，叫多普勒效應.
1842年，奧地利物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時就注意到了上面描述的現象
問題：為何有這樣的現象？
實驗探究
多普勒效應
用蜂鳴器等器材制作一個發聲裝置，可演示多普勒效應。為了保證安全，可將發聲裝置裝入網球中，用結實的繩子捆綁好并在室外進行實驗。
甲同學站在某位置，手持系有發聲裝置的繩子一端，使發聲裝置在頭頂上空快速轉動。此時，乙同學站在離甲同學幾米之外的位置上靜止不動。甲、乙兩同學聽到蜂鳴器發出的聲音音調有什么變化
當甲同學聽到音調不變化，
乙同學聽到音調變化
蜂鳴器
新課講解
①波源振動頻率f：
②觀測者接收的頻率f ′ :
幾個基本概念
究竟波源的頻率和觀測者接收到的頻率關系如何？
波源每進行一次全振動，就向外發出一個波，稱為一個完全波，波源的頻率就等于單位時間內發出的波的個數。
單位時間內觀測者接收的完整波的個數。它決定了觀察者聽到的聲音的音調。
實驗探究
模擬多普勒效應
為了進一步理解多普勒效應，可做這樣一個模擬實驗(圖3-40):讓一隊人沿街行走，當觀察者站在街旁不動時，每秒鐘有三個人從他身邊經過。
這種情況下，觀察者接收到的“頻率”是每秒三人，如果觀察者逆著隊伍前進方向行走，那么每秒內與觀察者相遇的人數就會增加，也就是觀察者接收到的“頻率”增大。
點擊播放視頻
新課講解
模擬多普勒效應
新課講解
（1）觀察者靜止不動，數經過的隊伍中的人數，每分鐘假設有30個人經過。
f ′ = f
（2）當觀察者逆著隊伍行走時，數經過的隊伍中的人數，每分鐘將大于30個人經過。
f ′ > f
（3）當觀察者與隊伍同向行走且速度比隊伍的小時，數經過的隊伍中的人數，每分鐘將小于30個人經過。
f ′ < f
模擬多普勒效應
新課講解
多普勒效應產生的原因
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波源發出
觀察者接收
結論一
波源的頻率一定時，若波源和觀察者相對靜止，觀察者接收到的頻率等于波源的頻率.
1.當波源和觀察者相對靜止時
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注意觀看靜等10s
新課講解
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靠近波源
遠離波源
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波源發出
觀察者接收
觀察者接收
波源的頻率一定時，若波源靜止，當觀察者靠近波源時，觀察者接收到的頻率增大，當觀察者遠離波源時，觀察者接收到的頻率減小.
結論二
2.波源靜止，觀察者運動
點擊播放
注意觀看靜等10s
多普勒效應產生的原因
新課講解
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靠近觀察者
遠離觀察者
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波源發出
觀察者接收
觀察者接收
波源的頻率一定時，若觀察者靜止，當波源接近觀察者時，觀察者接收到的頻率增大，當波源遠離觀察者時，觀察者接收到的頻率減小.
結論三
3
3.觀察者靜止，波源運動
點擊播放
注意觀看靜等10s
多普勒效應產生的原因
新課講解
波源的運動情況 觀察者運動情況 頻率的關系 波源靜止 觀察者靜止 觀察者接收頻率 波源的頻率
波源靜止 觀察者朝著波源運動 波源靜止 觀察者遠離波源運動 波源朝著觀察者運動 觀察者靜止 波源遠離觀察者運動 觀察者靜止 等于
大于
大于
小于
小于
運動和頻率的關系
想一想
只要觀察者與波源發生相對運動，就會產生多普勒效應，觀測到的頻率就大于波源振動的頻率，這種說法對嗎？為什么？
多普勒效應是觀察者與波源間的相對距離發生變化時產生的。
不對，如果觀察者繞著波源做圓周運動，雖然兩者間發生了相對運動，但觀察者接收的頻率與波源發出的頻率依然相等，并未發生多普勒效應。
小結
觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到的頻率增大。
觀察者感覺到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。
①波源朝觀察者運動時
②波源遠離觀察者運動時
注意：
多普勒效應是觀察者接收到的波的頻率發生了變化，而波源發出的波的頻率并沒有改變。
多普勒效應成因小結
多普勒效應的應用
新課講解
1.雷達測速儀：向行進中的汽車發射一個已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻率發生變化，由此可指示汽車的速度。
2.測血液流速(彩超):
醫生向人體內發射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血液反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。
經顱多普勒檢查
彩超
理論和實驗都證明，光波或電磁波都有多普勒效應，多普勒效應在科學技術中也有著廣泛的應用。宇宙中的星球都在不停地運動。測量星球上某些元素發出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時發光的頻率對照，就可以算出星球靠近或遠離我們的速度。
天眼利用多普勒效應觀察其他星系
3.觀察星球的運動
新課講解
3.觀察星球的運動
距離不變
相互遠離
相互靠近
觀測的頻率小于靜止時發光頻率
觀測的頻率大于靜止時發光頻率
觀測的頻率等于靜止時發光頻率
“藍移”
“紅移”
小試牛刀
【典例1】（多選）下列哪些現象屬于多普勒效應(　　)
A.遠去的汽車聲音越來越小
B.炮彈迎面飛來,聲音刺耳
C.火車向你駛來時,音調變高;駛離你而去時, 音調變低
D.大風中, 遠處人的說話聲時強時弱
【正確答案】BC
小試牛刀
【典例2】（多選）下列哪些現象屬于多普勒效應(　　)
A．利用地球上接收到的遙遠天體發出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度
B．交通警察向行進中的汽車發射一個已知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，根據接收到的電磁波頻率發生的變化，就能知道汽車的速度，以便于進行交通管理
C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運動情況
D．有經驗的戰士從炮彈飛行的尖叫聲就能判斷飛行的炮彈是接近還是遠去
【正確答案】ABD
小試牛刀
【典例3】公路巡警開車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發出一個已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車反射回來時，巡警車接收到的電磁波頻率比發出時低，說明那輛轎車的車速(　　)
A．高于100 km/h　　 B．低于100 km/h
C．等于100 km/h D．無法確定
【正確答案】A
小試牛刀
【典例4】超聲波是一種頻率高于20000Hz的聲波，波長很短，廣泛應用于生活與生產實踐．關于超聲波及應用，下列說法中正確的是（　　）
A．在同種介質中，超聲波的速度大于次聲波的速度
B．超聲波的頻率越高衍射本領越強
C．高速公路上的測速儀發出超聲波波長大于所接收波的波長，說明此時車正在靠近測速儀
D．“彩超”檢查身體時，超聲波迎著血液流動方向發射，儀器接收到的反射回波的頻率低于其發射的超聲波的頻率
【正確答案】C
多普勒效應
多普勒效應是波共有的特征，機械波、電磁波都可以發生多普勒效應.
本課小結
1
當堂檢測
1.頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動，以u表示聲源的速度，v表示聲波的速度，且uA. v增大　f 增大 B. v增大　f 不變
C. v不變　f 增大 D. v減小　f 不變
C
解析：在發生多普勒效應時，聲源發出聲音在介質中的傳播速度是不變的，聲源的頻率也是不變的，只有接收者收到聲音的頻率發生變化，故選項C正確。
2.(多選)上課時老師將一蜂鳴器固定在教鞭一端后迅速水平旋轉，蜂鳴器音調竟然忽高忽低變化，下列判斷正確的是(　 　)
A．旋轉時蜂鳴器發出的頻率變化了
B．由于旋轉，改變了同學們聽到的聲音頻率
C．蜂鳴器音調變高時，一定是向靠近觀察者的方向運動
D．音調的忽高忽低是由波的干涉造成的
BC
解析：由多普勒效應知蜂鳴器的頻率并沒有發生變化，只是同學們感受到的頻率發生了變化，當二者靠近時，聽到的音調變高，故A錯，B、C對．當發生波的干涉時，是聲音的強弱發生變化，而不是頻率發生變化，故D錯．
謝謝

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