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2019-2020年高中物理 12.5 多普勒效應(yīng)教案 新人教版選修3-4 一、教材分析 《多普勒效應(yīng)》是人教版高中物理選修3-4《機(jī)械波》第12章第7節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)課為一個(gè)課時(shí)，主要學(xué)習(xí)波的一種現(xiàn)象------多普勒效應(yīng)。 二、教學(xué)目標(biāo) 1.知識(shí)目標(biāo) （1）．知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別． （2）．知道什么是多普勒效應(yīng)，知道它是波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。 （3）．了解多普勒效應(yīng)的一些應(yīng)用． 2.能力目標(biāo) 通過(guò)對(duì)多普勒效應(yīng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會(huì)到物理源于生活又服務(wù)于生活 3.情感目標(biāo) 通過(guò)對(duì)多普勒效應(yīng)的探究性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的合作意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀． 三、重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)： 1.知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別. 2.多普勒效應(yīng)的定義及產(chǎn)生條件； 難點(diǎn)： 1．波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區(qū)別. 2．對(duì)多普勒效應(yīng)成因的探究論證。 四、學(xué)情分析 本節(jié)內(nèi)容較為抽象，但是和實(shí)際生活聯(lián)系的比較密切，學(xué)生應(yīng)該是比較容易感知和掌握的。 五、教學(xué)方法 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)、多媒體課件演示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，和從物理現(xiàn)象入手，通過(guò)理論演繹和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究物理問(wèn)題的方法。 2．通過(guò)對(duì)物理問(wèn)題的分析論證培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的習(xí)慣和分析問(wèn)題的能力。 3．通過(guò)多普勒效應(yīng)應(yīng)用的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和整理資料的能力。六、教具和六、課前準(zhǔn)備 1蜂鳴器 2、學(xué)生準(zhǔn)備：把導(dǎo)學(xué)案的課前預(yù)習(xí)內(nèi)容做完整并且核對(duì)答案。 3、教師的準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案，還有教具的準(zhǔn)備。 七、課時(shí)安排 一個(gè)課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程： 同學(xué)們，在前面我們學(xué)習(xí)了許多關(guān)于波的知識(shí)，例如，波的干涉、衍射是一切波特有的現(xiàn)象，今天我們?cè)趤?lái)學(xué)習(xí)另外一種有關(guān)波的物理現(xiàn)象。請(qǐng)觀察下面的實(shí)驗(yàn)。 【演示實(shí)驗(yàn)】 1)蜂鳴器靜止,學(xué)生聽(tīng)聲音有無(wú)變化; 2)兩個(gè)學(xué)生分別站在教室前后,手中牽一根繩,讓發(fā)生器在繩上快速運(yùn)動(dòng),其他學(xué)生注意聽(tīng)聲音有無(wú)變化. ［學(xué)生敘述聽(tīng)到的聲音情況］ 1）靜止時(shí)，聽(tīng)不到聲音的變化； 2）發(fā)生器靠近時(shí)，聲音變得尖銳(音調(diào)變高)；發(fā)生器遠(yuǎn)離時(shí)，聲音變得低沉(音調(diào)變低). 【問(wèn)題】生活中有無(wú)類(lèi)似的現(xiàn)象？ 學(xué)生舉例：行駛中的汽車(chē)?guó)Q笛；火車(chē)?guó)Q笛進(jìn)站；飛機(jī)起飛等 【錄像】行駛中鳴笛的汽車(chē)和火車(chē)。 【問(wèn)題】音調(diào)的高低由什么決定? 音調(diào)的高低由聲源頻率的決定，頻率越高，音調(diào)越高。 【學(xué)生樂(lè)器演示】聲音的音調(diào)和響度。 樂(lè)律C 調(diào)音節(jié)中各音的頻率。 唱名 do re mi fa sol la si do（高） f/Hz 264 297 330 352 396 440 495 528 【問(wèn)題】回憶實(shí)驗(yàn)和錄像，在什么條件下，我們聽(tīng)到聲音的頻率會(huì)發(fā)生變化？ 相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 【引入新課】這種由于聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)． 【板書(shū)】多普勒效應(yīng) 這一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒在1842年提出并作出解釋的，因此叫做多普勒效應(yīng)。 （一）多普勒效應(yīng)成因分析 【問(wèn)題】多普勒效應(yīng)是生活中常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，在平時(shí)我們也觀察到了這種現(xiàn)象，那么大家有無(wú)想過(guò)，為什么會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，在產(chǎn)生多普勒現(xiàn)象時(shí)有無(wú)可以遵循的物理規(guī)律存在？ 下面我們就共同來(lái)探究多普勒效應(yīng)的形成原因。 【問(wèn)題】在多普勒效應(yīng)中，觀察者感受到聲音的頻率發(fā)生了變化，那么，人耳聽(tīng)到的聲音的頻率與聲源的頻率相同嗎？ 聲源的頻率：聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)．因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)； 觀察者的接受到的頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù)的。 【問(wèn)題】多普勒效應(yīng)是由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，那么波源的頻率和觀察者的頻率二者與運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系？ 實(shí)際的多普勒效應(yīng)比較復(fù)雜，我們只研究最簡(jiǎn)單的現(xiàn)象，即當(dāng)波源和觀察者在同一條直線上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況。 【問(wèn)題】那么在同一條直線上觀察者和波源的運(yùn)動(dòng)情況可能有哪些？下面我們就通過(guò)研究這幾種情況下的普勒效應(yīng)來(lái)探究其成因。 1．當(dāng)波源S和觀察者A都相對(duì)介質(zhì)都靜止，即二者沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)： 【課件展示】：聲波每完成一次全振動(dòng)向外傳播一個(gè)波長(zhǎng)的球面波。 從聲波傳到觀察者計(jì)時(shí)，假設(shè)波源頻率為20Hz，即波源每秒發(fā)出20個(gè)完全波，這20個(gè)完全波通過(guò)觀察者的時(shí)間為1S，即觀察者每秒接收20個(gè)完全波， 結(jié)論：不發(fā)生多普勒效應(yīng)。 2．當(dāng)波源S相對(duì)介質(zhì)不動(dòng)，觀察者A相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)： ①波源相對(duì)介質(zhì)不動(dòng)，觀察者靠近波源運(yùn)動(dòng)時(shí)； 情景同前，假設(shè)觀察者在1s內(nèi)由A運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，則波源在1s內(nèi)發(fā)出完全波的個(gè)數(shù)仍為20個(gè)不變，但觀察者在1s內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多1個(gè)，為21個(gè)，即觀察者接收到的頻率增大． 【課件展示】 ②波源相對(duì)介質(zhì)不動(dòng)，觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)；如1s觀察者從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，波源頻率不變，觀察者接受到19個(gè)完全波，觀察者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的頻率減小． 3．觀察者A相對(duì)介質(zhì)不動(dòng)，波源S相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。（即實(shí)驗(yàn)演示的情景） 請(qǐng)學(xué)生分析原因。 【課件展示】 【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】水波的多普勒效應(yīng)。 C S A B 教師：波源和觀察者均相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況比較復(fù)雜，課上不作討論。有興趣的同學(xué)課下可以思考。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)前面的討論對(duì)多普勒效應(yīng)進(jìn)行總結(jié)。 【結(jié)論】當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減?。? 【注意】在多普勒效應(yīng)中，波源的頻率是不改變的，只是由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，觀察者感到頻率發(fā)生了變化． 同學(xué)們，在前面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀察到了聲波的多普勒現(xiàn)象，提出了多普勒效應(yīng)的概念，又通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證解釋了多普勒效應(yīng)的成因，得出了多普勒效應(yīng)的定性規(guī)律。這便是研究物理現(xiàn)象和規(guī)律的基本的科學(xué)方法。 事實(shí)上多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程共有的特征，不僅機(jī)械波，電磁波和光波也會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。物理規(guī)律源于生活和研究，又能為我們的所應(yīng)用，如果你作為一個(gè)研究者，你認(rèn)為多普勒效應(yīng)能在哪些方面做出貢獻(xiàn)？ 【教師引導(dǎo)】接收頻率與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度通過(guò)推導(dǎo)可建立定量關(guān)系，因此根據(jù)多普勒效應(yīng)不僅可以判斷速度的方向，也可以測(cè)定速度的大小。 （二）多普勒效應(yīng)的應(yīng)用 【問(wèn)題】請(qǐng)舉出你所知道的生活中有關(guān)多普勒效應(yīng)的應(yīng)用有哪些？ 1．（定量）根據(jù)汽笛聲判斷火車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向和快慢，以炮彈飛行的尖叫聲判斷炮彈的飛行方向等． 2．測(cè)速：例如，交警用的雷達(dá)測(cè)速儀、用光的多普勒效應(yīng)測(cè)天體的速度、多普勒水流測(cè)速儀。 【視頻】 【問(wèn)題】前面我們已經(jīng)了解了多普勒效應(yīng)的成因，現(xiàn)在你能否利用所學(xué)的知識(shí)解釋測(cè)速的原理 原理：交通警察向行進(jìn)中的汽車(chē)發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波（一般是紅外線），波被運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)反射回來(lái)時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車(chē)的速度. 3．彩超：醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測(cè)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． 【視頻】 4．在20世紀(jì)初，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)許多星系的譜線有“紅移現(xiàn)象”，所謂“紅移現(xiàn)象”，就是整個(gè)光譜結(jié)構(gòu)向光譜紅色的一端偏移，這種現(xiàn)象可以用多普勒效應(yīng)加以解釋：由于星系遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)，接收到的星光的頻率變小，譜線就向頻率變小（即波長(zhǎng)變大）的紅端移動(dòng)．科學(xué)家從紅移的大小還可以算出這種遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)的速度．這種現(xiàn)象，是證明宇宙在膨脹的一個(gè)有力證據(jù)． 4．光波的多普勒效應(yīng)： 【視頻展示】光波與聲波的不同之處在于,光波頻率的變化使人感覺(jué)到是顏色的變化. 如果恒星遠(yuǎn)離我們而去,則光的譜線就向紅光方向移動(dòng)，稱為紅移；如果恒星朝向我們運(yùn)動(dòng)，光的譜線就向紫光方向移動(dòng)，稱為藍(lán)移。 “紅移現(xiàn)象”是宇宙大爆炸理論的一個(gè)有力證據(jù)。 板書(shū)設(shè)計(jì) 1．多普勒效應(yīng)：觀察者接收到的頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。 2．兩個(gè)概念： 波源頻率：波源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。 接收頻率：觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收的完全波的個(gè)數(shù)。 3．規(guī)律：波源與觀察者互相靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率變大；波源與觀察者互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率變小。 4． 應(yīng)用：