2019-2020年高中物理 第十二章 機械波 12.5 多普勒效應 12.6 惠更斯原理(2)學案新人教版選修3-4.doc
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2019-2020年高中物理 第十二章 機械波 12.5 多普勒效應 12.6 惠更斯原理(2)學案新人教版選修3-4 [目標定位] 1.了解多普勒效應,能運用多普勒效應解釋一些物理現(xiàn)象.2.知道什么是波面和波線.3.了解惠更斯原理,會用惠更斯原理解釋波的反射與折射現(xiàn)象. 一、多普勒效應 1.定義:波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時,接收到的波的頻率都會發(fā)生變化,這種現(xiàn)象叫做多普勒效應. 2.成因 (1)波源與觀察者相對靜止時,1 s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是 的,觀察到的頻率 波源振動的頻率. (2)當波源與觀察者相向運動時,1 s內(nèi)通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目 ,觀察到的頻率 ;反之,當波源與觀察者互相遠離時,觀察到的頻率 . 3.應用 (1)測車輛速度;(2)測星球速度;(3)測血流速度. 想一想 當汽車遠離觀察者時,聽到的汽車的聲音越來越小,這種現(xiàn)象就是多普勒效應嗎? 二、惠更斯原理 1.波面和波線 (1)波面:在波的傳播過程中,任一時刻振動狀態(tài)都相同的介質(zhì)質(zhì)點所組成的面. 波面為球面的波叫球面波,波面是平面的波叫平面波.如圖12-5-1所示. 圖12-5-1 (2)波線:與波面垂直的那些線代表了波的傳播方向,叫做波線. 2.惠更斯原理 (1)內(nèi)容:介質(zhì)中任一波面上的各點,都可以看作發(fā)射子波的 ,其后任意時刻,這些子波在波前進方向的 就是新的波面. (2)應用:如果知道某時刻一列波的某個波面的位置,還知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一時刻這個波面的位置,從而確定波的傳播方向. 一、對多普勒效應的理解 1.多普勒效應是波共有的特征,不僅機械波,光波和電磁波也都會發(fā)生多普勒效應. 2.發(fā)生多普勒效應時,波源發(fā)出的頻率不變,變化的是觀察者接收到的頻率. 3.當波源與觀察者相互接近時,f觀察者變大,音調(diào)變高.如圖12-5-2甲中波源S不動,觀察者A向B運動和圖乙中觀察者A不動,波源由S1向S2運動; 當波源與觀察者相互遠離時,f觀察者變小,音調(diào)變低,如圖甲中波源S不動,觀察者A向C運動. 圖12-5-2 【例1】 下面說法中正確的是( ) A.發(fā)生多普勒效應時,波源的頻率變化了 B.發(fā)生多普勒效應時,觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化 C.多普勒效應是在波源與觀察者之間有相對運動時產(chǎn)生的 D.多普勒效應是由奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的 借題發(fā)揮 判斷觀察者接收的頻率是怎么樣變化的,就是看波源與觀察者間的相對運動情況. 【例2】 下面哪些應用是利用了多普勒效應( ) A.利用地球上接收到遙遠天體發(fā)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(fā)射一個已知頻率的電磁波,波被運動的汽車反射回來,根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化,就知道汽車的速度,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(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠去 二、對惠更斯原理的理解 1.惠更斯原理中,同一波面上的各點都可以看做子波的波源.波源的頻率與子波波源的頻率相等. 2.波線的指向表示波的傳播方向. 3.在各向同性均勻介質(zhì)中,波線恒與波面垂直. 4.球面波的波線是沿半徑方向的直線,平面波的波線是垂直于波面的平行直線. 5.利用惠更斯原理可以解釋平面波和球面波的傳播、波的衍射、干涉和折射現(xiàn)象,但無法說明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物的大小關系. 【例3】 關于對惠更斯原理的理解,下列說法正確的是( ) A.同一波面上的各質(zhì)點振動情況完全相同 B.同一波面上的各質(zhì)點振動情況可能不相同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個個球面 D.無論怎樣的波,波線始終和波面垂直 三、對波的反射與折射的理解 1.波的反射:反射波的波長、波速、頻率跟入射波的相同. 2.波的折射:在波的折射中,波的頻率不變,波速和波長發(fā)生改變. 3.波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的原因是波在不同的介質(zhì)中的傳播速度不同. 【例4】 下列說法正確的是( ) A.波發(fā)生反射時,波的頻率不變,波速變小,波長變短 B.波發(fā)生反射時,波的頻率、波長、波速均不變 C.波發(fā)生折射時,波的頻率不變,但波長、波速發(fā)生變化 D.波發(fā)生折射時,波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化 對多普勒效應的理解及應用 1.根據(jù)多普勒效應,下列說法正確的是( ) A.當波源與觀察者有相對運動時,觀察者接收到的頻率一定發(fā)生變化 B.當波源與觀察者同向運動時,觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低 C.當波源與觀察者相向運動時,觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高 D.當波源與觀察者反向運動時,觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低 2.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(fā)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(fā)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 對惠更斯原理的理解 3.下列關于惠更斯原理的說法正確的是( ) A.惠更斯原理能夠解釋波的反射和折射現(xiàn)象 B.惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象 C.介質(zhì)中任何一個波面的各點,都可以看成發(fā)射子波的波源 D.惠更斯原理能夠解釋衍射現(xiàn)象與障礙物或孔的大小的關系 波的反射與折射 4. 圖12-5-3 如圖12-5-3所示,1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線,則( ) A.2與1的波長、頻率相等,波速不等 B.2與1的波速、頻率相等,波長不等 C.3與1的波速、頻率、波長相等 D.3與1的頻率相等,波速、波長均不等 題組一 多普勒效應 1.下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應( ) 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(diào)變高;駛離你而去時,音調(diào)變低 D.大風中,遠處人的說話聲時強時弱 2.關于多普勒效應,下列說法中不正確的是( ) A.發(fā)生多普勒效應時波源的頻率保持不變 B.要發(fā)生多普勒效應,波源和觀察者間必須有相對運動 C.只有聲波會發(fā)生多普勒效應 D.機械波、電磁波和光波都會發(fā)生多普勒效應 3.如圖12-5-4,將上下振動的振針水平移動,移動過程中在水面形成了如圖所示的水波圖形,下列說法正確的是( ) 圖12-5-4 A.振針向右移動 B.振針向左移動 C.在A處的觀察者,接收到的水波頻率變小 D.在A處的觀察者,接收到的水波頻率變大 4.醫(yī)院通過彩超對人體進行體檢時,彩超機向人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波,超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收,測出反射波的頻率變化,就可以知道血液的流速.這一技術主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象( ) A.多普勒效應 B.波的衍射 C.波的干涉 D.共振 5.平直公路上,汽車正在勻速遠離,用多普勒測速儀向其發(fā)出頻率為f0的超聲波,被汽車反射回來的超聲波的頻率隨汽車運動位移變化的圖象,正確的是( ) 6.如圖12-5-5所示,男同學站立不動吹口哨,一位女同學坐在秋千上來回擺動,下列關于女同學的感受的說法正確的是( ) 圖12-5-5 A.女同學從A向B運動過程中,她感覺哨聲音調(diào)變高 B.女同學從E向D運動過程中,她感覺哨聲音調(diào)變高 C.女同學在C點向右運動時,她感覺哨聲音調(diào)不變 D.女同學在C點向左運動時,她感覺哨聲音調(diào)變低 7.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(fā)出一個已知頻率的電磁波,如果該電磁波被轎車反射回來時,警車接收到的電磁波的頻率比發(fā)出時低. (1)此現(xiàn)象屬于( ) A.波的衍射 B.波的干涉 C.多普勒效應 D.波的反射 (2)若轎車以20 m/s的速度行進,反射回的頻率應怎樣變化? 題組二 惠更斯原理 8.下列說法正確的是( ) A.波線表示波的傳播方向 B.波面表示波的傳播方向 C.只有橫波才有波面 D.波傳播中某時刻任一波面上各子波波面的包絡面就是新的波面 9.下列說法中正確的是( ) A.根據(jù)惠更斯原理可知,介質(zhì)中任一波面上的各點,都可以看做發(fā)射子波的波源 B.惠更斯原理只能解釋球面波的傳播,不能解釋平面波的傳播 C.若知道某時刻一列波的某個波面的位置,由惠更斯原理就可以確定波的傳播方向 D.惠更斯原理不但可以解釋波的直線傳播,還可以解釋波的反射與折射等相關現(xiàn)象 題組三 波的反射與折射 10.聲波從聲源發(fā)出,在空中向外傳播的過程中( ) A.波速在逐漸變小 B.頻率在逐漸變小 C.振幅在逐漸變小 D.波長在逐漸變小 11.一列聲波從空氣傳入水中,已知水中聲速較大,則( ) A.聲波頻率不變,波長變小 B.聲波頻率不變,波長變大 C.聲波頻率變小,波長變大 D.聲波頻率變大,波長不變 題組四 綜合應用 12.下列物理現(xiàn)象中: (1)春天里在一次閃電過后,有時雷聲轟鳴不絕; (2)“聞其聲而不見其人”; (3)學生圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音; (4)當正在鳴笛的火車向著我們急駛而來時,我們聽到汽笛聲的音調(diào)變高. 這些物理現(xiàn)象分別屬于波的( ) A.反射、衍射、干涉、多普勒效應 B.折射、衍射、多普勒效應、干涉 C.反射、折射、干涉、多普勒效應 D.衍射、折射、干涉、多普勒效應 13.利用超聲波可以探測魚群的位置.在一只裝有超聲波發(fā)射和接收裝置的漁船上,向選定的方向發(fā)射出頻率f=5.8104 Hz的超聲波后,經(jīng)過時間t=0.64 s接收到從魚群反射回來的反射波.已知該超聲波在水中的波長λ=2.5 cm,求魚群到漁船的距離是多少.(魚群靜止不動) 14.一聲波在空氣中的波長為25 cm,速度為340 m/s,當折射進入另一種介質(zhì)時,波長變?yōu)?0 cm,求: (1)聲波在這種介質(zhì)中的頻率; (2)聲波在這種介質(zhì)中的傳播速度.- 配套講稿:
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