课程设计-多普勒效应及其应用

编号:

课程论文

题目多普勒效应及其应用

指导教师邹艳

学生姓名王庆磊

专业09物理学

教学单位德州学院物理系（盖章）二O 一二年六月五日

摘要

本文首先以声音和激光的多普勒效应为例，对声波、光波及电磁波的多普勒效应原理进行详细阐述，并对目前各高校的多普勒效应实验进行总结和改进，详细介绍了多普勒效应在医学治疗、气象监控与预警、卫星通信和军事雷达测速与追踪等领域的具体应用，并以具体实例的形式介绍了多普勒效应对人类科学发展的重要影响。

关键词：多普勒效应；电磁波；声波；光波

Abstract

We take the sound and the laser Doppler effect as an example, to the sound wave, the light wave and the electromagnetic wave .We carries on the detailed elaboration of Doppler effect principle, and carries on the summary and the improvement of Doppler effect experiment to the present various universities'. We introduced in detail the Doppler effect in the medicine treatment, the meteorological monitoring and the early warning, the satellite communication and the military radar measurements and tracing applications. We introduced the Doppler effect by the concrete example form to show the important influence to human science development .

Key word: Doppler effect; Electromagnetic wave; Sound wave

第一章概述

多普勒效应是多普勒于1842年在布拉格举行的皇家西米亚学会科学分会会议上提出的，用于解释双子星的子星和变星的颜色和大小受到星体沿视线方向运动的影响。多普勒效应的提出起先受到了大多人的批评和质疑，当时的科技水平使大多数人认为那只是一个荒谬的思想，然而人们通过声学中频率的变化第一次验证了多普勒效应原理的正确性。最常见的多普勒效应是声学的多普勒效应，即火车汽笛变频的实验，声学的验证试验相对较简便也更容易为人们所接受，其后不久，俄罗斯科学家贝勒波尔斯基第一次用光学的方法验证了多普勒效应的正确性。现在，多普勒效应已经成为普遍认同并且开始广泛应用的规律。第二次世界大战期间，英国受于德国空军的困扰，首先应用了多普勒效应的原理研制发明了最早期的声学雷达，开始了航天领域的一次重大变革，并且影响至今。目前，多普

勒效应技术在许多科学领域如工程技术和医疗诊断等各个方面都有着十分广泛的应用。如医学上用多普勒效应形成彩色血流显像系统，测量血流速度等。在天体物理可以利用谱线的多普勒增宽分析恒星大气，双星的特征等.....多普勒效应的最大优越点就是能与许多学科交叉，各科的学者巧妙地用移植的方法进行创新、吸收甚至引入某一领域内的理论、技术和方法来解决新难题。多普勒效应将越来越造福于我们的日常生活。本文将对多普勒效应的原理，应用和前景作相应的阐述。

第二章多普勒效应的原理

本章主要介绍了多普勒效应的原理，以下从早期雷达的应用和声波的多普勒效应两个方面进行阐述。

2.1多普勒效应的发现及早期雷达应用

多普勒效应的正式提出是1842年在布拉格举行的皇家波西米亚学会科学分会会议上的论文《论天体中双星和其他一些星体的彩色光》。该论文的主要结论是：

（1）如果一个物体发光，在沿观察者的视线方向以可与光速相比拟的速度趋近我们，或后退，那么这一运动必然导致光的颜色和强度的变化。

（2）如果在另一方面一个发光物体静止不动。而代之以观察者直接朝向或者背离物体非常快速的运动，那么所有的这些频率变化都会随之发生。

（3）如果这一“趋向”和“背离”不是按照上述假定的那样，沿着原来视线的方向，而是与视线成一夹角的方向，那么除了颜色和光强的变化，星体的方向也要变化，这样一星体同时会在位置上发生明显变化。[1]

论文首次发表出来因为没有足够的实验数据和理论依据，因此被很多人质疑和批评。1845年在荷兰进行的火车笛声实验验证了多普勒效应的正确性，多普勒效应才开始得到广泛重视并应用于实际。多普勒效益的第一次应用始于战争服务，第一次世界大战末期，军用飞机开始出现，英国由于国土面积小在遭遇空袭预警能力很弱，饱受了来自空中的洗劫。第二次世界大战前期，英国物理学家罗伯特·沃森-瓦特根据多普勒效应的原理研制出了最早期的雷达，在英国的东海岸建立了对空雷达警戒网，该雷达墙天线有100米高，能测到160千米以外的敌机，依靠这个雷达墙，英国总能及时准确的测出德国飞机的架数、航向、速度和抵达英国本土的时间，牢牢把握住了战争主动权，有效的降低了德国空军的杀伤力，在这场英国保卫战中扮演着不可替代的决定性的作用。

2.2声波的多普勒效应

1845年荷兰皇家气象学院院长布依斯·巴洛敏感的听觉判断音乐的音调变化，然后音乐家和乐手对调位置，多次实验观察音调的变化，最终验证了多普勒效应在声学上的正确性。用下面图像可以表述为：

图2-1 观察者和声源都运动

图2-2观察者运动而声源静止 图2-3观察者静止，声源运动

观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，当波以速度v 通过接收者时，时间t 内通过的完全波的个数为N ＝vt ／λ因而单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收的频率

f ＝v ／λ

(1) 波源和观察者都相对于介质静止（0,0==R S v v ）：

S R f u

f ==λ （2-1）

这时观测者听到的波源频率和波源实际频率相等。

(2) 波源静止，观察者以速度R v 相对于介质运动（0,0≠=R S v v ）：

S R R f u v f )1(+

= （2-2） 观测者接收到的频率S R R f u

v f )1(+=大于波源实际频率 (3) 观察者静止，波源以速度S v 相对于介质运动（0,0=≠R S v v )观测者接收到的频率增加 S S R f u

v u f /11-='=λ (2-3)

(4) 观察者以速度R v 和波源以速度S v 相对于介质运动（0,0≠≠R S v v ）： S S R R f u

v u v f /1/1-+= (2-4) 观测者接收到的频率远远大于声波实际频率。

第三章 多普勒效应实验 本章主要讲了多普勒效应实验，以下从激光多普勒效应实验和多普勒效应在医学上的应用两个方面进行阐述。

3.1 目前各大高校都在致力于多普勒效应的相关实验研究工作，主要还是围绕多普勒效应的声波、光波和电磁波原理和应用展开。下面分别就光学、声学和电磁学领域介绍具有代表性的多普勒效应实验。

3.1.1激光多普勒效应实验[3]

当波源和接收器之间有相对运动时，接收器，收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。

)cos /()cos (21ααs R s R v u v u f f -+= (3-1)

式中s f 为声源发射频率，u 为声速，式1α为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，R v 为声源运动速率，2α为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角

（1）若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度v 运动，由

)cos /()cos (21ααs R s R v u v u f f -+= (3-2)

得到)/1(u V f f s R += (3-3)

（2）当接收器向着声源运动时，V 取正，反之取负

)/1(u V f f s R += )1/(-=s R s R f f f f (3-4)

图3-1多普勒验证实验

具体的实验操作步骤如下

1. 检测室温，自动调谐频率s f

2. 选中“多普勒效应验证实验”，并按“确认”；

3. 确定测试总次数，点“开始测试”

4. 准备好后，按“确认”，仪器自动记录小车移动速度及与频率；

5. 通过改变砝码的数量实现小车速度由大到小的改变

6. 完成设定的测量次数后，仪器自动存储数据，对比小车速度与仪器检测速度，仪器自身频率s f 与检测频率的变化就可以知道激光是否发生多普勒频移效应。

由于激光传播过程中具有很强的直线性，安装时必须保证发射器、小车和接收器在同一水平线上。小车运动中遇到的阻力也在很大程度上影响小车速度，保持轨道有足够的平滑度是实验成功的关键。

3.1.2 多普勒超声测速实验[4]

该实验通过该实验了解超声波多普勒效应测速原理与多普勒频移相关知识，以及掌握多普勒超声测速仪的原理与操作方法。

在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。多普勒超声测速仪是一套综合性的超声测速仪器，该仪器利用多普勒频移效应实现对运动物体速度的测量，并可与光电方式测速进行比较。

实验装置如图所示，电机与超声头固定于导轨上面，小车可以由电机牵引沿导轨左右运动，超声发射头与接收头固定于导轨右端，若超声发射频率为s f 接收回波频率为R f ，超声波在静止介质中传播速度为v ，取向右为正。

图3-2多普勒超声测速实验

3.2多普勒效应在医学上的应用

本节主要讲述了多普勒效应在医学上的应用，以下主要从全数字化彩色超声波诊断仪和乳腺癌多普勒超声诊断进展。

3.2.1全数字化彩色超声波诊断仪

基本原理：超声在人体内传播，由于人体各种组织有声学的特性差异，超声波在两种不同组织界面处产生反射、折射、散射、绕射、衰减以及声源与接收器相对运动产生多普勒频移等物理特性。应用不同类型的超声诊断仪，采用各种扫查方法，接收这些反射、散射信号，显示各种组织及其病变的形态，结合病理学、临床医学，观察、分析、总结不同的反射规律，而对病变部位、性质和功能障碍程度作出诊断。

现阶段我国约一万五千多所县级医院，发展性能价格比高的中低档彩超来装备这类医院，将会对彩色多普勒诊断技术普及推广起很大的推动作用，其社会效益也是很显著的。手提便携式超声诊断仪因其灵活便捷的特点在社区医疗，床旁超声，急诊救护，战地诊疗等方面显示出极大的优越性，可弥补大型仪器体积大，移动不方便的弱点，便于危重或急症病人的诊断。[5]医学超声仪器已经在临床上得到了广泛的应用，但是，医学超声仪器的发展远还没有到达尽头，还有许多工作有待于工程技术人员和医生联合攻关去解决。在可以预见的未来，超声治疗技术可能还会有较大的进展全面提高现有系统的性能为了满足临床诊断的需要，进一步全面提高系统的性能，包括探查深度、空间分辨率、成像速率等指标一直还是工程开发人员致力研究的目标。尽管由于超声在人体中传播时不可避免的存在声衰减、波束发散等问题,影响着系统性能指标的提高，但应该说，在现有基础上进一步提高这些性能指标还是有可能的。

3.2.2乳腺癌多普勒超声诊断进展

乳腺癌是困扰女性的最常见的恶性肿瘤症状之一，早期发现对于病情的改善意义重大。[3]恶性肿瘤是指活跃的不受机体限制无限生长的细胞，能释放生长因子刺激产生新生血管，这些血管数目众多，积聚在肿瘤边缘，导致壁薄，缺乏基底膜和肌层，走行紊乱，迂曲，内径粗细不一，同时伴有官腔的狭窄和堵塞，血管通透性增加，这种结构和功能的

异质性往往累计整个血管树，出线许多症状，这些特点为乳腺癌多普勒仪提供了病理基础。CDFE（彩色多普勒血流成像）是采用直接显示红细胞运动速度的平均频移信号，同时也接收来自组织内部杂乱超声频移信号。由于信噪比较低，只能检测出较大血管即肿瘤血管的信息，而对于低速，低流量的新生微血管无能为力。另一方面，PDI通过检测多普勒频谱中幅度信号技术提高了对血流的敏感度，又由于他的无角度依赖型和混叠现象，信噪比相对很高，在检出低速血流信号方面展露头新。通过观察恶性肿瘤的血管数目，以超声图像上一幅断面所能探及的最多血管数目为依据，3条血管为临界线，可以对乳腺肿块的良恶性进行划分。还有一种是根据血管的丰富程度将血流信号进行分级，病灶内少量或没有血流，血管管径<1mm为良性。第三种以连续扫描4秒的彩色捕获像为基础，计算每平方厘米内血管数和彩色像素占总面积的百分比，用彩色像素平均密度与血管平均密度及血流速度结合可作为乳腺肿块血管的定量判断指标。

尽管乳腺良恶性肿瘤在血管形态学、血流动力学指标方面的变化为多普勒超声鉴别乳腺肿块性质、评估预后提供了依据，但无造影剂增强的多普勒超声对低流量低速的细小血管难以显示，不能提供肿瘤早期血管生成的信息，对少血供的乳腺癌容易漏诊，而且仪器及其调节也在很大程度上影响血管的显示。超声造影剂及现代超声检查技术在近十年来的飞速发展为乳腺肿瘤的诊断和鉴别提供了更好的平台，超声造影后使用高频探头，多普勒超声可显示直径约80一140微米以上的血管，而灰阶显像则可反映直径加加40微米以下的小血管，在一定程度上克服了现有多普勒超声成像的局限，使超声对乳腺肿瘤血管生成的研究进入一个崭新的阶段。

结论

本文以文献法和理论研究法，以多普勒效应为研究对象，得出以下三点结论（1）多普勒效应的发现和发展，给人类带来的突飞猛进的变革，尤其在军事应用方面表现更为突出，一方面多普勒效应引导了军事装备的发展和发展方向，另一方面进步的军事技术又促进了多普勒效应不断向更多领域得到更大的推广和应用。（2）从多普勒效应的被提出以来，人类开始逐步意识到并应用于对生产生活和综合国力的改善，如[6]英国首次利用声纳技术将不可一世的海底幽灵德国潜艇几乎消灭殆尽，改变了世界战争格局。其后重点介绍了多普雷效应在各个领域的实际应用，任何科技成果，只有在真正的应用于实际之后才能显示它的魅力。（3）对于多普勒效应迅速发展阶段而言，还是依赖于近年来科学技术突飞猛进的发展和渗透，比如电子技术，数字技术的应用。

历史证明，多普勒效应在探测未知领域方面表现卓越，人类在探索未知世界的过程中

多普勒效应占据着举足重轻的地位，人类的发展始终离不开多普勒效应，必然成为科学发展的得力助手。

致谢

近代物理课程设计的论文着手时间比较早，五月份邹老师就已经给了我们思路框架和写作时需要注意的细节，而且给予我很多的指导。帮助我顺利地完成了论文，在此本人对邹老师表示由衷的感谢。

参考文献

[1] 特瑞恩著.王仕康等译.激光多普勒技术.北京：清华大学出版社，1985:245-278

[2] 陈思平, 程敬之.中国生物医学工程学报, 1991：10-11

[3] 苏景顺，范虹．光波多普勒效应的简单证明[J]．物理与工程，2008，(3).

2008，(3).

[4] 李俊.基于多普勒速度声纳的水下航行器导航方法[J].华中科技大学学报，2004，32(1):73-75.

[5] Guy .Morris, Linda L. Harkness. Airborne Pulsed.Doppler Radar.Berlin:Springer, 1998

[6] Kenneith https://www.wendangku.net/doc/024810203.html,A:IEEE, 1996

波的多普勒效应

波的多普勒效应 （应化2，闻庚辰，学号：130911225） 摘要：在生活中，我们常常遇到波源与观测者发生相对运动的情形，如站在铁路旁听着高速行驶的列车拉着响笛飞驰而过，此时你会感觉到响笛音调的明显变化，这就是人们常说的多普勒效应。本文从多普勒效应的基本原理出发，结合声波中的具体实例，介绍了多普勒效应在天文学、医学和公共交通方面的应用。最后，发散地想了原理变化后的一些现象，简要说了冲击波、马赫锥的相关内容。 关键词：波，多普勒效应，生活，现象，物理，应用。 一、多普勒效应基本原理 首先，先来让我们以声波为例具体分析一下多普勒效应的三种情况。物理量的定义：设波源为S，观察者相对介质的运动速度是v0，波源相对介质的运动速度是vs，声波在介质中的传播速度为u，波源的频率、波的频率、观察者收到的频率分别是,,B 二、多普勒效应的简单理解 如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 三、多普勒效应的应用 （一）、天文学 我们应该知道，宇宙中的天体是有它们特有的光谱的。科学家爱德文〃哈勃通过研究光谱，使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论：他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱的红端，称为红移，天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。反之，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。 （二）、医学 我们知道血管内血流速度和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值，特别是对

多普勒效应及其应用1

多普勒效应及其应用 中文摘要：本文介绍了多普勒效应的发展过程和理论解释，通过具体例子重点讲述了声波和光波的多普勒效应, 并且介绍了多普勒效应在各领域中的应用及多普勒效应的应用原理。说明了多普勒效应在生活中的普遍性以及研究多普勒效应的重要性 主题词:多普勒效应; 原理，应用 正文: 引言：在日常生活中，我们有过这样的经验，在铁路旁听行驶中火车的汽笛声，当火车鸣笛而来时，人们会听到汽笛声的音调变高．相反，当火车鸣笛而去时，人们则听到汽笛声的音调变低．像这样由于波源或观察者相对于介质有相对运动时，观察者所接收到的波频率有所变化的现象就叫做多普勒效应．这种现象是奥地利物理学家多普勒（1803～1853）于1842年首先发现的，因此以他的名字命名．多普勒效应的正式提出是1842年在布拉格举行的皇家波西米亚学会科学分会会议上的论文《论天体中双星和其他一些星体的彩色光》。该论文的主要结论是： （1）如果一个物体发光，在沿观察者的视线方向以可与光速相比拟的速度趋近我们，或后退，那么这一运动必然导致光的颜色和强度的变化。 （2）如果在另一方面一个发光物体静止不动。而代之以观察者直接朝向或者背离物体非常快速的运动，那么所有的这些频率变化都会随之发生。 （3）如果这一“趋向”和“背离”不是按照上述假定的那样，沿着原来视线的方向，而是与视线成一夹角的方向，那么除了颜色和光强的变化，星体的方向也要变化，这样一星体同时会在位置上发生明显变化。[1] 论文首次发表出来因为没有足够的实验数据和理论依据，因此被很多人质疑和批评。1845年在荷兰进行的火车笛声实验验证了多普勒效应的正确性，多普勒效应才开始得到广泛重视并应用于实际。多普勒效益的第一次应用始于战争服务，第一次世界大战末期，军用飞机开始出现，英国由于国土面积小在遭遇空袭预警能力很弱，饱受了来自空中的洗劫。第二次世界大战前期，英国物理学家罗伯特·沃森-瓦特根据多普勒效应的原理研制出了最早期的雷达，在英国的东海岸建立了对空雷达警戒网，该雷达墙天线有100米高，能测到160千米以外的敌机，依靠这个雷达墙，英国总能及时准确的测出德国飞机的架数、航向、速度和抵达英国本土的时间，牢牢把握住了战争主动权，有效的降低了德国空军的杀伤力，在这场英国保卫战中扮演着不可替代的决定性的作用。 多普勒效应的原理 波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。 假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/λ 声波中的原理 设声源的频率为v，声波在媒质中的速度为V，波长λ=V/v。声波在媒质中传播的速度与波源是否运动无关，故总是以决定于媒质特性的速度V来传

新课标粤教版3-4选修三2.5《多普勒效应》WORD教案1

多普勒效应 一、教学目标： 1、知识目标 (1)知道波源频率与观察者接收到的频率的区别。 (2)知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。 (3)了解多普勒效应的一些应用。 2、能力目标： (1)通过视频播放、多媒体演示观察体会，提高生活物理观察能力和正确表述生活 物理现象的能力。 (2)通过改变波源与观察者距离变化，培养学生利用变量控制法分析问题的能力。 (3)熟悉和适应课堂教学中运用现代信息技术的环境。 3、情感目标： (1)培养合作与分享的学习习惯。 (2)体验生活物理，激发学习科学知识的热情。 二、学情分析： 本课是高中物理教材第十章第八节的内容，是机械波形成和传播、干涉、衍射的后续内容，学生已经具备了声调、波速、波长、频率、周期等基本概念的相关知 识，懂得机械波在均匀介质中匀速传播。建议在学习新课之前复习一下相关概念 教学方法: 结合多媒体手段进行探究式教学。 四、教学重点、难点： 重点：波源的频率和观察者接收到的频率的区别，多普勒效应概念的理解。 难点：波源的频率和观察者接收的频率不同的原因。 五、教学仪器[来源:学 _科 _网 Z_X_X_K] 计算机一台、投影仪、自制《多普勒效应》课件 六、教学设计思想： 《多普勒效应》是继波的干涉、衍射现象后的又一波动过程共有现象，是高中物理教材中新增内容，体 现了生活物理的重要性。本节课力图贯彻“以学生发展为 本”的教学理念，在课堂教学模式上有所突破，同时根据学生认识过程而致力于教 学环节的设计，使学生掌握基础知识，提高基本能力。 首先注意创设学习情景，安排了火车、飞机运动的生活物理实例，让学生再次 感受生活经验，激发学生的学习兴趣，形成良好的学习动机。 在教学手段方面充分运用现代信息技术的平台，在实验图片的基础上，以多媒体动画课件交互地展示波源和观察者各种情况下运动而引起观察者接收频率不同的过程，提高观察和思维训练的效果，培养学生学会利用变量控制法研究问题。同时设计一定量的学生活动与合作学习，使学生在体验和探究的基础上得出结论。

多普勒效应及其应用

多普勒效应及其应用 姓名：许涛班级：应物二班学号：20143444 天津理工大学理学院 摘要:在多普勒效应中有多普勒频移产生,并且与波源和观测者的相对运动情况有关,以此为基础讨论了多普勒效应在卫星定位、医学诊断、气象探测中的应用。 关键词:多普勒效应;定位;测速。 引言： 在日常生活中,人们都有这样的经验,火车汽笛的音调,在火车接近观察者时比其远离观察者时高.此现象就是多普勒效应.它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的.多普勒效应是波动过程的共同特征.光波(电磁波)也有多普勒效应,并于1938年得到证实.此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 多普勒效应及其表达式 由于波源和接收器(或观察者)的相对运动,使观测到的频率与波源的实际频率出现差别.这种现象称为多普勒效应。 机械波多普勒效应的普遍公式 设波源S发出的波在媒质中的传播速度为v、频率为fS,接受器R接收到的频率为fR,以媒质为参考系,波源与接收器相对于媒质的运动速度分别为uS和uR,uS和uR与波源和接收器连线的夹角分别为θS和θR,如图1所示.此时可以推导得到 fR= v+uRcosθR /v-uScosθS fS. (1) 此式为波源和接收器沿任意方向彼此接近时的多普勒效应公式.如果波源和接收器沿任意方向彼此远离时如图2所示,同理可推导出 fR=v-uRcosθR /v+uScosθS fS. (2) (1)、(2)两式就是机械波多普勒效应的普遍公式,由两式我们可以得到诸如S 和R在同一直线上运动时多普勒效应各公式的表示形式.由此可以看出多普勒效应不但与波源S和接收器R的运动速度有关,而且还与S和R的相对位置有关。 1.2 光波(电磁波)多普勒效应的普遍公式 因为光波(电磁波)的传播不依赖弹性介质,它与机械波需要靠媒质而传播有所不同,所以公式 (1)和(2)对光波(电磁波)不再适用.但是从理论上我们可以推证出光波的多普勒效应公式.若光源发出光波的频率记作f0,观测者测得该光的频率为f,通过计算可得: f=f0√（1-β) /1-βcosθ. (3) 其中,β= v c ,c为真空中的光度,v为光源相对于观测者的运动速度,θ为光源

多普勒效应教学设计

第六章*F多普勒效应 执教：上海市莘庄中学陆涛 一、教学背景 本章内容为简谐振动与机械波，多普勒效应是在学习完波的干涉后，让学生拓展学习的内容。由于学生在生活中都曾体验过多普勒效应，只是有些同学关注到了这种现象，其余同学只是感受到了而已，没有过多的去思考。在学习了波的特性后，让学有余力的学生自学本节内容，无疑是对学生的学习能力提出了更高的要求，不仅要求学生学会观察生活中的现象，而且还需要学生通过探究分析，解释多普勒现象，明确其原理，了解其应用。 二、教学目标 1、知识与技能： （1）知道多普勒效应的现象； （2）理解多普勒效应的原理； （3）知道多普勒效应的应用。 2、过程与方法： （1）将DIS测得的声波波长放在同一坐标上进行比较，感受实验数据处理法； （2）通过对生活中多普勒现象简化归纳为三种情形，感悟建立物理模型解决实际问题； （3）通过对多普勒效应发生原理的分析，感受分析推理的思想方法。 3、情感、态度与价值观： （1）通过生活中现象的引入，感受到物理源于生活，激发对生活的热爱； （2）通过实验解释多普勒效应的发生，体验科学的严谨性和真实性，提高科学素养； （3）通过对马航MH370的应用介绍，感悟科技的发展对人类的巨大作用，激发对科学的热爱。 三、教学重点与难点： 教学重点：多普勒效应及其产生的原理。 教学难点：不同条件下，把握波源频率和接收频率之间的关系，尤其是波源运动的情况。 四、教学资源： 多普勒效应的ppt，多普勒效应的视频，DIS实验视频，flash动画； 五、教学设计思路： 本设计的内容是：多普勒效应。 1、本设计的基本思路是：《多普勒效应》是拓展型课程中机械波的最后一节内容，学生在学习前对波的振动图像以及水波发生实验有一定的基础。多普勒效应的现象对学生而言，既熟悉又陌生，所以本微课先从生活中的情景引入，让学生感受赛车靠近及远离时，音调的变化，然后用物理实验进行演示，接着借助DIS实验对观察者相对波源运动的情况进行振动图像的分析。之后，对多普勒效应的原理分三种情况进行分析，运用水波实验模拟各种情况下声波的产生。重点分析了观察者静止，波源向观察者运动的情况。最后，将所有情

多普勒效应在生活中的应用(1)

东南大学 课程小论文 题目多普勒效应的应用 院系土木工程学院 专业土木工程 姓名赵天辉 年级 05110229 2011年12月13日 摘要

所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。 【关键词】：多普勒效应应用雷达农业 多普勒效应的应用 多普勒效应在我们的生活中已经用到了方方面面，比如车辆测速，灾后救援，超声波诊断病情等，而这些都基于多普勒效应在在实际生活中的应用。为了更好地理解下面我们举几个个例子来看看多普勒效应在生活中的实使用。 一、多普勒效应 当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应。多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。波源相对于介质不动，当观察者朝着波源运动时，观察者接收到的频率增大；当观察者远离波源时，观察者接收到的频率减小。当观察者的速度与波速相等时接收不到波，此时接收到的频率变为零。观察者相对于介质不动，当波源接近观察者时，观察者接收到的频率增大；波源远离观察者时，观察者接收到的频率减小。波源和观察者同时相对于介质运动，综合以上两种情况可知，一方面由于观察者运动，使波面通过观察者的速度增大或减小；另一方面由于波源的运动，使观察者所在处的波的波长缩短或伸长。不仅机械波有多普勒效应，电磁波也有多普勒效应。 二、多普勒效应的应用 1.雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度．装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。这样就可以对超速的汽车做出记录了。 2.多普勒效应在医学上的应用 在临床上，多普勒效应的应用也不断增多，近年来迅速发展起来的超声脉冲检查仪就是一个很好的例子。当声源或反射界面移动时，比如当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散射的声音频率发生改变，由这种频率偏移就可以知道血流的方向和速度，如红细胞朝向探头时，根据Doppler原理，反射的声频则提高，如红细胞离开探头时，反射的声频则降低。医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度．这

2019-2020年高中物理 12.5 多普勒效应教案 新人教版选修3-4

2019-2020年高中物理 12.5 多普勒效应教案新人教版选修3-4 一、教材分析 《多普勒效应》是人教版高中物理选修3-4《机械波》第12章第7节的教学内容，本节课为一个课时，主要学习波的一种现象------多普勒效应。 二、教学目标 1.知识目标 （1）．知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别． （2）．知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。（3）．了解多普勒效应的一些应用． 2.能力目标 通过对多普勒效应的学习，让学生体会到物理源于生活又服务于生活 3.情感目标 通过对多普勒效应的探究性学习，激发学生的合作意识和创新意识，树立正确的学习观．三、重点难点 重点： 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2.多普勒效应的定义及产生条件； 难点： 1．波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2．对多普勒效应成因的探究论证。 四、学情分析 本节内容较为抽象，但是和实际生活联系的比较密切，学生应该是比较容易感知和掌握的。 五、教学方法 1．通过实验、多媒体课件演示激发学生学习物理的兴趣，培养学生观察能力，和从物理现象入手，通过理论演绎和实验验证研究物理问题的方法。 2．通过对物理问题的分析论证培养学生勤于思考的习惯和分析问题的能力。 3．通过多普勒效应应用的学习，培养学生查阅资料和整理资料的能力。六、教具和六、课前准备 1蜂鸣器 2、学生准备：把导学案的课前预习内容做完整并且核对答案。

3、教师的准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案，还有教具的准备。 七、课时安排一个课时 八、教学过程： 同学们，在前面我们学习了许多关于波的知识，例如，波的干涉、衍射是一切波特有的现象，今天我们在来学习另外一种有关波的物理现象。请观察下面的实验。 【演示实验】 1)蜂鸣器静止,学生听声音有无变化; 2)两个学生分别站在教室前后,手中牵一根绳,让发生器在绳上快速运动,其他学生注意听声音有无变化. ［学生叙述听到的声音情况］ 1）静止时，听不到声音的变化； 2）发生器靠近时，声音变得尖锐(音调变高)；发生器远离时，声音变得低沉(音调变低). 【问题】生活中有无类似的现象？ 学生举例：行驶中的汽车鸣笛；火车鸣笛进站；飞机起飞等 【录像】行驶中鸣笛的汽车和火车。 【问题】音调的高低由什么决定? 音调的高低由声源频率的决定，频率越高，音调越高。 【学生乐器演示】声音的音调和响度。 乐律C 调音节中各音的频率。 【问题】回忆实验和录像，在什么条件下，我们听到声音的频率会发生变化？ 相对运动。 【引入新课】这种由于声源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应． 【板书】多普勒效应 这一现象是奥地利科学家多普勒在1842年提出并作出解释的，因此叫做多普勒效应。（一）多普勒效应成因分析

多普勒效应 实验报告

大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 专业 班级 姓 名 学号 实验台号 实验时间 年 月 日，第 周，星期 第 节 实验名称 多普勒效应及声速的测试与应用 教师评语 实验目的与要求： 1. 加深对多普勒效应的了解 2. 测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度 主要仪器设备： DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪，示波器 其中， DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪由实验仪、智能运动控制系统和测试架三个部份组成。 实验原理和内容： 1、 声波的多普勒效应 实际的声波传播多处于三维的状态下， 先只考虑其中的一维（x 方向）以简化其处理过程。 设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点在x 0，运动和传播都在x 轴向上， 则可以得到声源和接收点没有相对运动时的振动位移表达式： ???? ? ?-=000cos x c t p p ωω ， 其中00x c ω-为距离差引起的相位角的滞后项， 0c 为声速。 然后分多种情况考虑多普勒效应的发生： 1.1 声源运动速度为S V ，介质和接收点不动 假设声源在移动时只发出一个脉冲波， 在t 时刻接收器收到该脉冲波， 则可以算出从零时刻到声源发出该脉冲波时， 声源移动的距离为)(0c x t V S -， 而该时刻声源和接收器的实际距离为 )(00c x t V x x S --=, 若令S M =S V /0c （声源运动的马赫数）， 声源向接收点运动时S V （或S M ）

为正， 反之为负（以下各个马赫数的处理方法相同， 均以相互靠近的运动时记为正）。 则距离表达式变为)1/()(0S S M t V x x --=， 代回到波函数的普适表达式中， 得到变化的表达式： ????? ????? ? ?--=0001cos c x t M p p S ω 可见接收器接收到的频率变为原来的 S M 11 -, 即: 1.2 根据同样的计算法， 通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始位移量， 便可以得到声源、介质不动，接收器运动速度为r V 时， 接收器接收到的频率为 1.3介质不动，声源运动速度为S V ，接收器运动速度为r V ，可得接收器接收到的频率为 1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度（真实声速并没有发生变化）， 导致计算收发声时的实时位移量变为t V x x m -=0， 通过同样的计算法， 可以得到此状态下接收器收到的频率为（以介质向接收器运动时， 马赫数记为正） 另外， 当声源和介质以相同的速度和方向运动时， 接收器收到的频率不变（从定性的分析即可得到这一点结论）。 本实验重点研究第二种情况， 即声源和介质不动， 接收器运动。 设接收器运动速度为r V ，根据1.2 式可知，改变r V 就可得到不同的r f ，从而验证了多普勒效应。另外，若已知r V 、f ，并测出r f ，则可算出声速0c ，可将用多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的声速作比较。若将仪器的超声

3.5 多普勒效应 教案—【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第一册

教案 上课时间：年月日题课选择性必修一第三章第五节：多普勒效应课型新课时 1 教 学 目 标 1.通过实验了解多普照勒效应及其产生的原理，知道多普勒效应是波特有的现象。 2.知道多普勒效应的简单应用。 学习重点多普照勒效应及其原理 学习难点多普勒效应的简单应用 教学过程 教学环节（含备注）教学内容引入新课 进行新课 一.引入新课 播放实录视频，感受生活中的多普勒效应。怎么解释所观察到的现象？ 二.进行新课 1. 定义： 多普勒效应指由于波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生 变化的现象。奥地利物理学家多普勒在1842年发现的。 2.观察模拟动画。如何解释? 3.音调与频率（补充） 声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动 的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到 的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定 的．个数多，则音调高。 4.多普勒效应产生的原因 （1）波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目是_ 一定的，观察者感觉到的频率等于波源振动的频率。

讨论 练习与讲 课后作业 （2）波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增 加，观察者感觉到的频率大于波源的频率，即感觉到的频率增加，音调高。 （3）波源与观察者相互远离时，观察者感觉到的频率变小，音调变低。 注意：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相 对运动，观察者感到频率发生了变化． 5.波特有的现象 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． 6.多普勒效应的应用 （1）有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢. （2）有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去. （3）交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射 回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度. （4）天体运动：由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远天体相 对于地球的运动速度. （5）医疗：彩超。超声波测血液流速。 三.课堂练习：教材76页1、2题 (多选)如图所示，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() 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。 四.课堂总结：（见板书设计） 五、学习效果检测（见学案“闯关检测题”） 板书设计多普勒效应 1. 定义： 由于波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象。 近则变大；远则变小。 注意：波源的频率不变，观察者接收的频率变化． 2.波所特有的。

多普勒效应的应用

多普勒效应的应用 摘要：所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。在日常生活中，人们都有这样的经验，火车汽笛的音调在火车接近观察者时比其远离观察者时高此现象就是多普勒效应。它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的。多普勒效应是波动过程的共同特征。光波也有多普勒效应。此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 The so-called doppler effect is When sound is light and radio waves such as vibration source and the observer to the relative velocity v relative motion Observers received from the frequency of the vibration frequency and vibration source of the different Because this phenomenon is the earliest discovered Austrian scientist doppler So called the doppler effect In daily life People have such experience The tones of the train whistle when the train approaching observer is higher than its far away from the observer this phenomenon is called the doppler effect It is by the Austrian physicist doppler first found in 1842 The doppler effect is a common characteristic of wave process Light waves have the doppler effect This effect in the satellite positioning medical diagnosis of meteorological observation and many other fields has been widely used 关键词：多普勒效应、声波、光波、电磁波 Doppler effect Acoustic waves are electromagnetic waves 正文： 一、声波的多普勒效应及运用 当一列呜笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛音调由高变低。这是因为声调的高低是由观察者耳膜振动频率的不同决定的，如果频率高，听起来声调就高，反之听起来声调就低，这就是声波的多普勒效应。当火车以恒定速度驶近观察者时，汽笛发出的声波在空气中的传播结果是波长缩短。因此，在一定时间间隔内进入人耳的声波频率就增加了，这就是观察感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大、频率变低，因此听起来就显得低沉。 定量分析可得观测到的波的频率f'=(v+u)f/(v-w)，式中w为波源相对于介质的运动速度、u为观察者相对于介质的速度、v表示波在静止介质中的传播速度、f表示波源的固有频率。当观察者朝波源运动时，u取正；当观察者背离波源运动时，u取负。当波源朝观察者运动时，w取负；当波源背离观察者动时，w取正。从上式易知，当观察者与声源相互靠近时，f'>f；当观察者与声源相互远离时f'

《多普勒效应》教案1

多普勒效应 一、教学目标： １、知识目标 (1)知道波源频率与观察者接收到的频率的区别。 (2)知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。 (3)了解多普勒效应的一些应用。 ２、能力目标： (1)通过视频播放、多媒体演示观察体会，提高生活物理观察能力和正确表述生活物理现象的能力。 (2)通过改变波源与观察者距离变化，培养学生利用变量控制法分析问题的能力。 (3)熟悉和适应课堂教学中运用现代信息技术的环境。 ３、情感目标： (1)培养合作与分享的学习习惯。 (2)体验生活物理，激发学习科学知识的热情。 二、学情分析： 本课是高中物理教材第十章第八节的内容，是机械波形成和传播、干涉、衍射的后续内容，学生已经具备了声调、波速、波长、频率、周期等基本概念的相关知识，懂得机械波在均匀介质中匀速传播。建议在学习新课之前复习一下相关概念. 三、教学方法： 结合多媒体手段进行探究式教学。 四、教学重点、难点： 重点：波源的频率和观察者接收到的频率的区别，多普勒效应概念的理解。 难点：波源的频率和观察者接收的频率不同的原因。 五、教学仪器 计算机一台、投影仪、自制《多普勒效应》课件 六、教学设计思想： 《多普勒效应》是继波的干涉、衍射现象后的又一波动过程共有现象，是高中物理教材中新增内容，体现了生活物理的重要性。本节课力图贯彻“以学生发展为本”的教学理念，在课堂教学模式上有所突破，同时根据学生认识过程而致力于教学环节的设计，使学生掌握基础知识，提高基本能力。 首先注意创设学习情景，安排了火车、飞机运动的生活物理实例，让学生再次感受生活经验，激发学生的学习兴趣，形成良好的学习动机。 在教学手段方面充分运用现代信息技术的平台，在实验图片的基础上，以多媒体动画课件交互地展示波源和观察者各种情况下运动而引起观察者接收频率不同的过

相对论多普勒效应

第五章相对论 ★非相对论多普勒效应(回顾) 1842.(奥)多普勒 波源S 与接收器(如人耳等)有相对运动,从而接收器接收到的频率有变化的现象---多普勒效应1. 波源S 静止(u S =0，人动u 人≠0) ①人朝向S 运动 人耳在Δt 内收到(u ＋u 人) Δt /λ个波长 v u u u u u t t v 人人耳内收波长数 +=+=ΔΔ=λ ②人远离S ) ( 0自证人 耳v u u u v ?= §5.5 相对论多普勒效应 如火车进站声频高;火车出站声频低。λ λu v u =0 声波频率， 声波长，设：声波速人耳 S λ 介质 波对人耳速度 波对人耳速度

第五章相对论 2.观察者静止(u 人=0)，波源S 动(u S ≠0)①波源S 朝向人运动: 由图知:波长压缩了即： 00 0 v u u u v u v u u T u u u v S S S ?= ?=?=′=∴λλ耳②波源S 远离人:) ( 0自证耳v u u u v S += 介质 ? ??S u r S ?人耳 T u S T u S ?=′λλu S T λ T u S ?=′λλu S =0的第二波 3.一般情况： cos cos 0v u u u u v S α β m 人±=耳规律：波源动?波长变; 接收器动?接收完整波长数变. 波对人耳速度波对人耳速度 可见：当波源或观察者在二者联线垂直方向(α=β=π/2)上运动时， 无多普勒效应。(见本教材《力学》p237)

第五章相对论 ★相对论多普勒效应 光波传播不需介质, 这与机械波声波完全不同;由光速不变原理，无论是光源向接收器运动,还是接收器向光源波运动，对接收器来说光速都是c 。? ?T u S ?因此,可仿声波源朝向接收器情形如图接收器(不动)→S:光源(运动)→S':光波周期T' =T 0,ν'= ν0光波周期T ,频率ν相对论?, 12 β?′=T T c u S =βλ= λ-u S T=cT-u S T =(c-u S )T 缩 T u S ?=λλ 缩 接收频率为：0 11)(νββ λν?+==?==L T u c c c S 缩 ※光源与接收器在连线上 S u r S ?x 接收器 无介质

选修3-4第十二章第7节多普勒效应教学设节多普勒效应教学设计94

学校：临清实验高中学科：物理编写人：孔庆生审稿人：刘云涛选修3-4第十二章第7节多普勒效应教学设计 一、教材分析 《多普勒效应》是人教版高中物理选修3-4《机械波》第12章第7节的教学内容，本节课为一个课时，主要学习波的一种现象------多普勒效应。 二、教学目标 1.知识目标 （1）．知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别． （2）．知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。（3）．了解多普勒效应的一些应用． 2.能力目标 通过对多普勒效应的学习，让学生体会到物理源于生活又服务于生活 3.情感目标 通过对多普勒效应的探究性学习，激发学生的合作意识和创新意识，树立正确的学习观．三、重点难点 重点： 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2.多普勒效应的定义及产生条件； 难点： 1．波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2．对多普勒效应成因的探究论证。 四、学情分析 本节内容较为抽象，但是和实际生活联系的比较密切，学生应该是比较容易感知和掌握的。 五、教学方法 1．通过实验、多媒体课件演示激发学生学习物理的兴趣，培养学生观察能力，和从物理现象入手，通过理论演绎和实验验证研究物理问题的方法。 2．通过对物理问题的分析论证培养学生勤于思考的习惯和分析问题的能力。 3．通过多普勒效应应用的学习，培养学生查阅资料和整理资料的能力。六、教具和六、课前准备 1蜂鸣器

2、学生准备：把导学案的课前预习内容做完整并且核对答案。 3、教师的准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案，还有教具的准备。 七、课时安排一个课时 八、教学过程： 同学们，在前面我们学习了许多关于波的知识，例如，波的干涉、衍射是一切波特有的现象，今天我们在来学习另外一种有关波的物理现象。请观察下面的实验。 【演示实验】 1)蜂鸣器静止,学生听声音有无变化; 2)两个学生分别站在教室前后,手中牵一根绳,让发生器在绳上快速运动,其他学生注意听声音有无变化. ［学生叙述听到的声音情况］ 1）静止时，听不到声音的变化； 2）发生器靠近时，声音变得尖锐(音调变高)；发生器远离时，声音变得低沉(音调变低). 【问题】生活中有无类似的现象？ 学生举例：行驶中的汽车鸣笛；火车鸣笛进站；飞机起飞等 【录像】行驶中鸣笛的汽车和火车。 【问题】音调的高低由什么决定? 音调的高低由声源频率的决定，频率越高，音调越高。 【学生乐器演示】声音的音调和响度。 乐律C 调音节中各音的频率。 唱名do re mi fa sol la si do（高） f/Hz 264 297 330 352 396 440 495 528 【问题】回忆实验和录像，在什么条件下，我们听到声音的频率会发生变化？ 相对运动。 【引入新课】这种由于声源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应． 【板书】多普勒效应 这一现象是奥地利科学家多普勒在1842年提出并作出解释的，因此叫做多普勒效应。

多普勒效应

高中物理粤教版选修3-4 第二章第五节多普勒效应 一、教学任务分析 1、教材分析： 《多普勒效应》是继波的干涉、衍射现象后的又一波动过程共有现象，是高中物理教材中新增内容，体现了生活物理的重要性。本节课力图贯彻“以学生发展为本”的教学理念，在课堂教学模式上有所突破，同时根据学生认识过程而致力于教学环节的设计，使学生掌握基础知识，提高基本能力。具体而言这一节内容要求不是太高，在教学中不要求推导速度与频率变化关系，但频率变化与相对运动关系却是要求学生掌握的。教学过程中，将以实验探究为主，让学生由感性到理性，逐步理解多普勒效应。同时在教学过程中，教师应做好学生的反馈工作，及时了解学生实验情况，做好课堂整体的宏观把握。 2、学情分析 1、知识背景： ①学生已经知道了波及声音等相关的基本概念； ②学生已经掌握了波的形成和传播机理，熟悉了波的干涉、衍射等内容。 2、能力背景： ①学生已具备一定的对物理现象的观察理解能力； ②学生已具有一定的对物理过程分析归纳总结的能力。 二、教学目标 1、知识与技能 ①知道什么是多普勒效应，知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。 ②知道观察者接收到的频率与波源发出的频率的区别。 ③知道波源与观察者之间相互靠近(远离)时，接收频率大于(小于)发出频率。 ④了解多普勒效应的一些应用。 2、过程与方法 ①通过了解多普勒效应，提高学生对波的认识水平。 ②通过多普勒效应形成过程的分析，提高学生的分析、推理能力。 3、情感、态度与价值观 ①培养学生树立理论联系实际的观念。

②培养合作与分享的学习习惯。 ③体验生活物理，激发学习科学知识的热情。 三、教学重难点 1、重点 ①知道什么是多普勒效应。 ②知道波源与观察者间相对运动时,观察者接受到的频率与发射频率的关系。 2、难点 ①理解多普勒效应的形成过程。 四、教学资源 相关影像资料、自制多媒体课件 五、教学方法 结合多媒体手段进行探究式教学。 六、教学流程 1、教学流程图 2、教学主要环节 本设计可分为四个环节 第一环节：通过情景导入，借助火车、汽车的行驶，提出汽车驶近时汽笛声频率的变化关系。第二环节：通过讨论交流，借出CAI动态模拟课件，探讨波源频率与接受频率的关系。因此多普勒效应的概念。 第三环节：学习多普勒效应在生活中的应用。 第四环节：进一步讨论总结相关知识，加深对多普勒效应的理解。

高中物理《运动快慢的描述──速度》优质课教案、教学设计

教学设计 【教学基本流程】 【教学过程】 1.复习提问：为了描述物体的运动，上两节课我们已经学习了那几个物理概念？（质点、参考系、坐标系、时间、时刻、位移和路程） 教师提问：当物体做直线运动时，我们是什么方法描述物体位移的？（用坐标系） 在坐标系中，与某一时刻t1 对应的点x1，表示t1 时刻物体的位置，与另一时刻t2 对应的点x2，表示t2 时刻物体的位置，则D x =x2-x1，就表示从t1 到t2 这段时间内的位移. 2.提出探究问题：位移是描述物体位置的变化的物理量，我们谈到运动的时候，经常还关心另一个问题，那就是物体位置变化的快慢，也就是运动的快慢，今天引入性的物理量来描述它。 ◆新课展示 一、坐标与坐标的变化量 <思考与讨论之一> 大家先阅读教材的第一、第二、第三自然段，回答P15“思考与讨论”，补充问题：当我们用一维数轴表示位置和位移时，坐标与坐标的变化量有什么区别和联系？

教师强调：物体的位移就可以通过坐标的变化量来表示，D x 的大小表示位移的大小，D x 的方向表示位移的方向。 ◆情景导入 放录像：本届奥运会刘翔参加的110m 栏决赛的实况录像问 题1：110m 栏决赛中，裁判是根据什么判刘翔得冠军的? 问题2：比赛现场的现众是如何知道刘翔得了冠军? 问题3：有位同学100m 成绩为12s，请你判断他和刘翔谁跑的快? 学生分析得出：用位移和时间的比值来反映运动的快慢。 二、速度 展示问题情景（小黑板） 不同物体的运动，快慢往往不同，那么该如何来衡量呢？引导学生来比较三种动物的运动的快慢。 1、定义：位移与发生这个位移所用时间的比值 2、定义式：ｖ=Dx/Dt 3、意义：表示物体运动（位置变化）快慢和物体运动方向 4、单位：国际单位：米/秒符号：m/ s（m·s-1） 常用单位：千米/小时符号：km/h 单位换算：1m/s=3.6km/h 5、物理量特点：矢量性。速度的大小在数值上等于单位时间内的位移；速度的方向跟运动方向相同。 < 思考与讨论之二>大家想一想这和我们初中学过的速度有什么不同呢？ 「分析」初中学过的速度是路程和时间的比值，那时那样讲是限于当时同学们的接受能力，现在我们学习的速度概念更严谨，路程与所用时间的比值是另一个物理量，我们后面的学习会讲到。 「板书」三、平均速度与瞬时速度 教师讲解：通常物体在某段时间内的运动快慢总是不同的，所以我们用上述公式求得的 速度，往往体现物体在某段时间运动快慢程度的平均效果，是一种比较粗略的描述。这个速度我们叫平均速度 教师提醒学生注意：①平均速度必须指明所对应的那段时间或那段位移的平均速度。（不能张冠李戴）②平均速度并不是速度的平均值。 提出探究问题：如何才能更精确地描述物体在任一时刻运动的快慢？ 老师讲解：在时间轴上观察可知，如果把D t 取得非常小，这个物体从t 到t+D t 这样一个微小间隔内的平均速度就非常接近于t 时刻的速度，所以当D t 非常小时我们可以认为，上述公式所求得的是时刻t 的速度，叫瞬时速度。这是对物体一种精确的描述，速率：瞬时速度的大小叫速率，简称速率。速率是标量。 前面我们是利用极限的思想来测出小车过某一位置的瞬时速度，高中阶段我们还无法计算瞬时速度。现实生活的瞬时速度的测量仪器有①汽车速度计（车速里程表）②雷达测速计（利用超声波或电磁波的多普勒效应来测出汽车的速度的。今后我们会学到）感兴趣的话可以自己查找一些相关资料。③速度传感器。 < 思考与讨论之三>在什么情况下平均速度等于瞬时速度呢？ 只有在匀速直线运动中，某一时刻的瞬时速度、某一段时间内的平均速度、全程的平均速度三者是相等的。其它运动中无必然的联系。 < 思考与讨论之四>那么，初中学过的路程与时间的比值又表示什么呢？

多普勒效应的原理及应用

2019年2月 多普勒效应的原理及应用 徐睦然（云南师范大学附属中学呈贡校区，650500） 【摘要】在科技飞速发展的现如今，多普勒效应已被广泛应用于物理学，医学，天文学等各大领域当中。我们可以通过它解释我们身边发生的不少现象，从而重新认识多普勒效应在这些领域中的应用。本文将以高中生的视角根据列车通过路口的实际情况建立合适的物理模型，从声学角度出发，在理论上重点分析列车发出声音的频率在不同条件下因多普勒效应产生的变化，并简单介绍多普勒效应在其他领域的应用。 【关键词】多普勒效应；物理建模；接收频率 【中图分类号】O442【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2019）02-0313-03 1引言 在日常生活中,我们发现:当列车通过路口时,我们听到 的声音音调会有所变化。这便是多普勒效应造成的现象。多普 勒效应是为纪念奥地利科学家多普勒(Christian Johann Doppler) 而以其名字命名的,他于1842年首次提出这一理论。这是一 种当波源与观察者存在相对运动时,观察者接收到的波的频 率会发生变化的现象,该现象被称为多普勒效应[1]。不仅在如 声波的机械波中会出现这样的现象,在光这类电磁波中也会 发生多普勒效应(光谱中的红移与蓝移)[1]。多普勒效应的应用 十分广泛,不仅在经典物理中,其在交通、医学、天文学等各个 领域更是发挥了显著作用。因此,对多普勒效应的原理及应用 的分析探究是具有重要意义的。在此基础之上,本文还将通过 建立列车通过时的实际情况建立物理模型帮助大家切实感受 多普勒效应,并对其在现代的具体应用作简单介绍。 2多普勒效应的原理 多普勒认为,当波源与观察者存在相对运动时,观察者接 收到的波的频率和波长会发生变化[2]。在波源频率保持不变的 情况下,波源相对观测者远离时,观测者接收的频率变低,波 长变长;而波源相对观测者靠近时,观测者接收的频率变高, 波长变短。 假设波源的频率为f0,波长为λ,周期为T,波在介质中传 播的速度为v,观测者接收到的波频率为f。以下将通过三种 情况讨论分析多普勒效应的作用效果: 2.1观测者相对于参考系静止，波源作相对运动 假设观测者静止,波源以速度v A相对于观测者运动(假 设v A方向与观测者成夹角α,如图1),则观测者接收到波的 频率为: f=v v-v A cosαf0(1) 式(1)说明,当波源相对于观测者运动方向成锐角时, cosα>0,观测者接收到波的频率比波源原本的频率大;当波源 相对于观测者运动方向成顿角时,cosα<0,观测者接收到波的频率比波源原本的频率小;当波源相对于观测者运动方向成直角时,cosα=0,观测者接收到波的频率与波源原本的频率相等。 2.2波源相对于参考系静止，观测者作相对运动 假设波源静止,观测者以速度vВ相对于波源运动(假设vВ方向与波源成夹角β,如图2),则观测者接收到波的频率为[3] f=v+vВcosβv f0(2) 式(2)说明,当观测者相对于波源运动方向成锐角时, cosβ>0,观测者接收到波的频率比波源原本的频率大;当观测 者相当于波源运动方向成钝角时,cosβ<0,观测者接收到波的频率比波源原本的频率小;当观测者相对于波源运动方向成直角时,cosβ=0,观测者接收到波的频率与波源原本的频率相等。 2.3波源与观测者同时作相对运动 假设波源以速度v A、观测者以速度vВ同时相对于参考系运动时(若v A和vВ相对于x轴有夹角,则分别设为α与β,如图3),观测者接收到波的频率为[3]: f=v+vВcosβ v-v A cosαf0(3)式(3)是普遍意义下机械波的多普勒效应的表达式,说明波源与观测者相向运动时,观测者接收到波的频率比波源原本的频率大;波源与观测者相离运动时,观测者接收到波的频率比波源原本的频率小。 综合以上多普勒原理的分析,我们不难知道,波源与观测者二者作相向运动时,观测者接收到波的频率大于波源原本的频率;二者作相离运动时,观测者接收到波的频率小于波源原本的频率;特别地,当二者不存在相对运动时,观测者接收到波的频率不发生变化。 进一步分析可知,二者在相向运动时,观测者接收到的波是被“压缩”的波,波长变短,接收频率升高;而二者在相离运动时,观测者接收到的波是被“拉伸”的波,波长变长,接收频率降低。 多普勒效应存在于任意波动过程之中,其在我们的日常生活中无处不在。下面本文将对生活中最常见的例子—— —列车运行过程进行分析,并以此为例具体阐述多普勒效应在生活中的应用。 3多普勒效应在列车运行中的应用 图1仅波源作相对运动示意图 图2仅观测者作相对运动示意图 图3波源与观测者同时作相对运动示意图 图4列车运动示意图 论述313