2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第3章机械波3.5多普勒效应(3)课件

多普勒发现波源与观察者互相①靠近或者互相②远离时,接收到的波的频率都会③发生变化,人们把这种现象叫做多普勒效应.1|多普勒效应5多普勒效应6惠更斯原理\n2|多普勒效应产生的原因由多普勒效应的模拟实验知: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④一定的,观察者观测到的频率⑤等于波源振动的频率.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⑥增加,观察者观测到的频率⑦大于波源的频率,即观察到的频率⑧增加.3.波源与观察者互相远离时,观察到的频率⑨变小.\n1.交通:大城市中的一些路段通常需限制车速,如学校附近,在公路上安装⑩多普勒测速仪,便可监测过往车辆的行驶速度.2.测天体运动:通过测量天体上某些元素发出的光波的频率,就可以算出此天体相对地球的运动情况.3.医疗:医院里用超声波测定血流的速度,可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变.3|多普勒效应的应用4|波面和波线1.波面波面是在波的传播过程中,任一时刻介质中振动状态相同的点组成的面.说明:波面为以波源为球心的球面的波是球面波,波面为平面的波是平面波.无论是球面波还是平面波,同一波面上的各质点振动情况完全相同.\n2.波线:与波面垂直代表波的传播方向的线,叫做波线.波线恒与波面垂直.波线的指向表示波的传播方向.3.对波面的理解(1)波面不一定是面,如水波,它只能在水面上传播,水波的波面是由振动状态相同的点组成的一个个圆.(2)球面波与平面波的区别与联系球面波平面波区别波面形状球面平面形成点波源在均匀介质中向各个方向发出的波面波源在均匀介质中向波源面两侧发出的波波面与波源关系波面以点波源为球心波面与波源面平行联系球面波传至距波源较远处时,在空间的某一小区域内的波面可看成平面波\n5|惠更斯原理1.内容:介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源,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.包络面:某时刻与子波波面相切的曲面.3.对惠更斯原理的理解波面上的每一点都可以看做子波的波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面.\n1.波的反射波遇到障碍物会返回原来介质继续传播的现象,是波的反射.2.波的折射波从一种介质进入另一种介质时,传播方向常常发生偏折,这是波的折射现象.6|波的反射和折射\n1.多普勒效应中,波源的频率发生变化.(✕)多普勒效应中,观察者接收到的波的频率发生变化,而波源的频率没有发生变化.2.当波源和观察者向同一个方向运动时,一定发生多普勒效应.(✕)当波源和观察者向同一个方向运动而两者之间距离不变化时,不会发生多普勒效应.3.只有横波才能发生多普勒效应.(✕)横波和纵波都能发生多普勒效应.4.波源与观察者相互远离时,观察者观察到的频率降低.(√)判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.\n5.波面一定与波线垂直.(√)6.波面一定是平面.(✕)7.波的传播方向与波面平行.(✕)波的传播方向与波面垂直.8.反射波线与入射波线一定在同一平面内.(√)9.介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的波源.(√)\n1|多普勒效应及其应用波源频率波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数.观察者接收到的频率发生多普勒效应时,波源的频率并没有变化,是接收者接收的频率(单位时间内接收到的完全波的个数)发生变化(大于或小于波源频率).发生多普勒效应的几种情况\n相对位置图示结论波源S和观察者A相对静止不动,如图所示f观察者=f波源,音调不变波源S不动,观察者A运动,由A→B或A→C,如图所示若靠近波源,由A→B,则f观察者>f波源,音调变高;若远离波源,由A→C,则f观察者<f波源,音调变低观察者A不动,波源S运动,由S→S2,如图所示f观察者>f波源,音调变高\n(★★☆)公路巡警开车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查,在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波,结果该超声波被那辆轿车反射回来时,巡警车接收到的超声波频率比发出的低.(1)此现象属于(　　)A.波的衍射　　    B.波的干涉C.多普勒效应　    D.波的反射(2)若该路段限速为100km/h,则该轿车是否超速?(3)若该轿车以20m/s的速度行进,反射回的超声波频率应怎样变化?\n解析(1)巡警车接收到的超声波频率比发出的低,此现象为多普勒效应,选项C正确.(2)因巡警车接收到的超声波频率比发出的低,由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离,而巡警车车速恒定且在后面,可判断轿车车速比巡警车车速大,故该轿车超速.(3)若该轿车以20m/s的速度行进,此时巡警车与轿车在相互靠近,由多普勒效应知反射回的超声波频率应变高.答案(1)C　(2)见解析　(3)见解析\n利用惠更斯原理解释波的传播如图(1)所示,以O为球心的球面波在时刻t的波面为γ,按照惠更斯原理,γ面上每个点都是子波的波源.设各个方向的波速都是v,在Δt时间之后各子波的波面如图中一个个的小圆所示,它的半径是vΔt.γ'是这些子波波面的包络面,它就是原来球面波的波面γ在时间Δt后的新位置.可以看出,新的波面仍是一个球面,它与原来球面的半径之差为vΔt,表示波向前传播了vΔt的距离.2|惠更斯原理的应用和局限性\n与此类似,可以用惠更斯原理说明平面波的传播,如图(2)所示.惠更斯原理的局限性:光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好地解释.但是,惠更斯原理是比较粗糙的,用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物的大小的关系,而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在,而倒退波显然是不存在的.