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《多普勒效应》教学课件

 
编辑: 宁喆 发布时间: 2013-11-26
文件类型: ppt 运行环境:
课件大小: MB 下载次数: 12
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课件简介:
《多普勒效应》教学设计
黄梅县教科所 吴吉成
教学目标
一、知识与技能
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;
3、了解多普勒效应的一些应用。
二、过程与方法
通过辨析波源的频率与观察者接收到的频率的区别,着重培养学生的分析、判断能力。
三、情感态度与价值观
通过对多普勒效应的教学,使学生初步形成用联系的观点来分析问题的良好习惯。
确定三维教学目标,可以使教师有一个正确的教育观和教学出发点,从而自觉地在注重知识传授的同时,重视学习方法的指导和学生良好情感与习惯的养成,突出以人为本的教学新理念。
教学重点
1、引导学生对波源频率与观察者接收的频率进行区别;
2、使学生知道多普勒效应及其应用。
教学难点
辨析波源的频率与观察者接收到的频率的区别
教学方法
自主阅读、引导探究、合作学习
教学用具
实物投影仪、多媒体课件
课时安排:1课时
教材分析
多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的一种现象,这比波动现象又复杂了一些,本节以声波为例介绍多普勒效应。
虽然这是一节必学内容,但编写这个内容的主要目的是增大学生的知识面,让学生了解一些物理知识在实际中的应用,因而教学中只要求对多普勒效应做定性的分析说明,不宜过多引申;为了帮助学生理解多普勒效应,教学中应多举一些例子,结合学生的实际进行讲解;对于多普勒效应的应用,可根据实际情况补充一些应用实例,以开阔学生眼界和引起兴趣。
教学过程
一、创设情境 引入新课
先请同学们观看一段录相片段:火车拉响汽笛快速通过观察者时的情境
接着让学生叙述火车从远处驶向观察者和从观察者远离而去两种情况下汽笛声的变化情况
快速驶来时汽笛声调变高,疾驶而去时汽笛声调变低。
引入新课:同是汽笛声,为什么会产生两种不同的现象呢?本节课我们就来探索这个现象背后的本质规律。
这样的设计可以使学生亲身感受到,多普勒效应是我们生活中常见的一种现象,物理就在我们身边,物理是有趣、有用的,激发学生学习物理的热情。
二、温故知新 建立概念
要探索上述现象中的本质规律,首先让我们来明确两个概念:一是波源的频率;二是观察者接收到的频率。
请同学们阅读教材,然后师生共同总结。
1、什么叫频率?频率就是振动物体在单位时间内完成全振动的次数;
2、什么叫波源的频率?波源的频率就是波源在单位时间内完成全振动的次数,换句话说,就是波源单位时间内发出的完全波的个数;
3、什么叫观察者接收的频率?观察者接收的频率就是观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。
前面所说的听到的火车汽笛声调发生变化的现象与哪种频率有关呢?
我们已经知道,频率越大声调越高,频率越小声调越低,声调是由人耳接收到的频率决定的。
当火车快速迎面驶来时,我们听到汽笛的声调变高,说明什么问题?生答(略)。对!说明观察者接收到的频率变大;当火车远离而去时,我们听到汽笛的声调变低,说明什么问题?生答(略)。对!说明观察者接收到的频率变小,这种现象就叫多普勒效应。在这一现象中,汽笛就是一个波源,并且这个波源跟观察者之间有一种相对运动。请一位同学归纳一下什么叫多普勒效应?
生答:(略)对,如果波源和观察者之间有相对运动时,观察者接收到的频率与波源的振动频率不同,这种现象就叫多普勒效应。
“比较”是研究物理问题的基本方法之一。教学中通过对波源频率与观察者观察到的频率的比较,使学生自然地理解到,当观察者与波源之间有相对运动时,观察者接收到的频率就会跟波源的频率发生差异,使学生自己建立起“多普勒效应”的概念,符合建构主义学说的要求,学生的印象最深刻。
三、引导探究 揭示本质
那么,多普勒效应是如何产生的呢?下面让我们一起从理论上加以探索。
1、 设波源相对介质静止,观察者以速度v向着波源方向运动:
请大家先观察大屏幕,体验一下所说的情境。简介波源、波的传播、观察者及其运动情况。
假设某时刻观察者在A处接收到波1,设经过时间T′,观察者运动到B处接收到波2,则T′即为观察者观察到的波的周期,由图甲及运动学知识可得:v波T′+vT′= v波T
所以,T′=v波T/(v波+v),由T=1/ƒ得:ƒ′=(v波+v)ƒ/ v波
可见,当观察者向着波源运动时,观察者观测到的频率增大,周期变小,声调变高。
2、设波源相对介质静止,观察者以速度v远离波源方向运动:
如图乙所示,
(1)当v< v波时,某时刻观察者在A处接收到波1,经过时间T′观察者运动到B处接收到波2,即T′为观察者观测到的周期,由图乙及运动学知识得:
v波T′-vT′= v波T 则有T′= v波T/(v波-v) 由T=1/&#402;得:&#402;′=(v波-v)&#402;/ v波,观察者接收到的频率变小,声调变低。
(2)当v=v波时,&#402;′=0,观察者接收的频率为0,亦即观察者以声波传播一样大的速度向波传播的方向运动时,接收不到声波,也就是听不到声源发出的声音。
(3)当v>v波时,如图丙所示
设某时刻观察者在A处接收到波2,经过时间T′,观察者运动到达B处时接收到波1,则T′即为观察者观测到的周期。同理有:
vT′-v波T′=λ= v波T
则T′= v波T/(v-v波),由T=1/&#402;可知:&#402;′=(v-v波)&#402;/ v波
由此式可知:
当2v波>v> v波时,&#402;′< &#402;,观察者接收到的频率小于波源的频率,即听到的声调变低。
当v = 2v波时, &#402;′= &#402;,观察者接收到的频率等于波源的频率,即听到的声调不变。
当v > 2v波时,&#402;′> &#402;,观察者接收到的频率大于波源的频率,即听到的声调变高。
3、设观察者相对介质静止,波源相对观察者以速度v运动时,由学生讨论分析得出结论:
(1)波源接近观察者,观察者接收到的频率变大,对于声波就是声调变高;
(2)波源远离观察者,通常情况下(v< v波)观察者接收到的频率变小,对于声波就是声调变低。
(3)如果观察者以大于波速的速度运动时,可参照上述(3)的情况进行讨论。
通过以上三种情况的讨论,从理论上分析了引起多普勒效应的原因,使学生建立起分析物理问题的基本思维方法,潜移默化地受到物理思想方法教育,为发展人的逻辑思维能力创造条件,这正是物理学对人类的重大贡献之一。
四、联系实际 学以致用
那么,多普勒效应在实际生活、生产以及科学技术中有什么应用呢?多让学生举例,师生共同提供实例,并简述原理。
应用1、判断火车行驶的方向和快慢:听笛声
应用2、判断炮弹飞行的方向:听尖叫声
应用3、交通警察测车速:发射已知频率的超声波,比较反射波与发射波的频率差异就可测出车速
其实,多普勒效应不只是声波的特有现象,光波也会发生这种现象。当光的频率发生变化时,我们感觉到的现象什么?生答:光的颜色发生变化。因为频率变大,光的颜色向紫光方向靠拢,我们把它称为紫移;频率变小,光的颜色向红光方向靠拢,我们把它称为红移。
问题:如果一个光源以一定的速度向我们运动过来,我们看到的光的颜色会有什么变化?
生答:(运用前面的知识进行迁移)会向紫光方向变化,即发生紫移现象。
问题:如果一个光源以一定的速度远离我们而去时,我们看到的光的颜色会有什么变化?
生答:会发生红移现象。
应用4、判断遥远天体相对于地球的运动方向和速度:看天体发出的光发生了哪一种现象,如果是发生红移,说明该天体远离我们而去;通过红移的程度可以分析运动的速度大小;如果是发生紫移,说明该天体是向着我们的地球运动而来,通过紫移的程度分析就可以知道运动速度的大小。天文观测表明,几乎所有遥远天体的光都是发生红移现象,说明这些天体都在远离我们而去,这正与宇宙形成的“大爆炸”理论相吻合,有力地支持了宇宙的起源学说“宇宙大爆炸理论”。
应用5、医学上应用多普勒诊断仪心脏和血流的病变情况
多普勒效应的这些应用,使学生耳目一新,更增强了学生对物理学习的情感,激发了学习兴趣,加强了物理与科学技术社会的联系,明确了物理对科学技术与社会的发展所作出的重大贡献。也增强了学生学好物理的决心和信心。
五、课堂小结 形成定势
多普勒效应是波的特有现象,所有的波动过程都会发生这种现象,除了以上讲的声波和光波外,还有电磁波。
规律:当观察者与波源相互接近时,观察者接收到的频率变大,声波音调变高,光波发生紫移;当观察者与波源相互远离时,观察者接收到的频率变小,声波音调变低,光波发生红移。
课堂小结既是对本堂课的知识小结,更是对本堂课的规律和方法小结,是一次提升和深化。因此,课堂小结普遍注重系统知识、揭示规律、构建悬念、拓展延伸。本课的小结突出了知识规律的提升。
板书设计
多 概念:观察者接收到的频率与波源频率不同的现象。
普 规律:①波源与观察者相互靠近,观察者接收到的频率变大
勒 ②波源与观察者相互远离,观察者接收到的频率变小
效 应用:①判断火车的运动方向和快慢
应 ②判断汽车运动的速度
③判断炮弹飞行的方向
④判断遥远天体相对地球的运动方向和速度
作业:上网浏览有关多普勒效应的知识及其应用,巩固所学知识。


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