1、学案5多普勒效应惠更斯原理目标定位 1.了解多普勒效应，并能运用多普勒效应解释一些物理现象.2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理.3.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象，并能用惠更斯原理进行解释一、多普勒效应问题设计有经验的铁路工人可以从火车汽笛声判断火车的运行方向和快慢，请你说一说他们是根据什么作出的判断答案火车靠近时，音调变高；火车远离时，音调变低；由音调变化的快慢可判断火车运行的快慢要点提炼1多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率发生变化的现象2多普勒效应产生的原因分析：(1)相对位置变化与频率的关系(规律)：相对位置图示结论波源S和观察
2、者A相对静止，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AB或AC，如图所示若靠近波源，由AB，则f观察者f波源，音调变高；若远离波源，由AC，则f观察者f波源音调变高(2)成因归纳：发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动二者互相靠近时，观察者接收到的频率变高，互相远离时，观察者接收到的频率变低3发生多普勒效应时，波源产生的波的频率并没有变化，只是观察者接收到的波的频率发生了变化4多普勒效应是波的特性，不是只有机械波会产生多普勒效应，后面所学的光波、电磁波也会产生这一现象二、波面、波线、惠更斯原理问题设计把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面
3、波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么会组成一个个圆吗？答案因为水波由波源向四周传开，向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个圆要点提炼1波面：在波的传播过程中，任一时刻介质中任何振动状态相同的点组成的面叫做波面2波线波线是指与波面垂直的那些线，它代表了波的传播方向如图1所示图13惠更斯原理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4惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小的关系三、波的反射和折射问题设计1对着山崖或高墙说话时，能听到回声；夏日的
4、雷声在云层间轰鸣不绝，你知道这是怎么回事吗？答案这两种现象都是由于声波的反射造成的2波不仅有反射现象，也有折射现象，请用惠更斯原理解释波的反射和折射现象答案(1)波的反射的解释：如图所示，a、c、b三条波线并不同时到达界面，它们到达界面时产生子波的时间也就有先有后，子波传播的距离也就有远有近，AB是新的波面，与反射波方向垂直但由于反射波与入射波相比，波长、波速和频率都不变所以在图中直角三角形AAB直角三角形BBA.也就可以进一步证明入射角i反射角i.(2)波的折射的解释如图所示，当波线a首先于时刻t由介质1到达界面，之后又经过时间t，波线b也到达界面；这时A、C两点发出的子波在介质2中的包络面
5、为图中的AB，这是波进入介质2之后的新的波面由于是两种不同的介质，其中波的传播速度v1、v2不一定相同，在t时间内，两条波线传播的距离AA和BB也不一定相同，因此波进入第二种介质后传播方向常常发生偏折要点提炼1波的反射(1)定义：波遇到介质界面会返回继续传播的现象(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同2波的折射(1)波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变(3)波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中传播速度不同延伸思考机械波在两介质的界面上发生反射和折射现象时，波的频率f、波速v、波长是否变化？答案频率f由波源
6、决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率即波源的振动频率相同；波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变，而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化据vf知波长与v及f有关，即与波源和介质有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率不变，波速不变，故波长不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速不同，频率不变，故不同一、对多普勒效应的理解例1关于多普勒效应，以下说法中正确的是()A发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化B发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化C多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的D只有声波才能产生多普勒效应解析由于波源的频率只与波
7、源本身在单位时间内完成的全振动的次数有关，而与波源是否运动或观察者是否运动的情况均无关系，故A选项不正确；当发生多普勒效应时，由于观察者与波源的相对位置发生了变化，当距离增大时，观察者在单位时间内接收到完全波的个数减少，反之，接收到完全波的个数就增加，可见观察者接收到的频率与波源发出的频率并不一定是相等的，只有当波源与观察者相对静止时二者才是相等的，故B、C选项都是正确的；一切波都能发生多普勒效应，故D选项不正确答案BC例2如图2甲所示，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()图2A女同学从A向B运动过程中，她感受哨声音调变高B女同学从E向D运
8、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，她就有靠近声源的趋势，根据多普勒效应，她就能感到哨声音调变高；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错误答案AD二、对惠更斯原理的理解例3对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是()A同一波面上的各质点振动情况完全相同B同一波面上的各质点振动情况可能不相同C球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D无论怎样的波，波线始终和波面垂直解析按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A对，B错由波面和波线
9、的概念，不难判定C、D正确答案ACD三、波的反射和折射及应用例4图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()图3A2与1的波长、频率相等，波速不等B2与1的波速、频率相等，波长不等C3与1的波速、频率、波长均相等D3与1的频率相等，波速、波长均不等解析波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由得波长不同，故C错，D对答案D1.(多普勒效应)关于多普勒效应，下列说法中正确的是()A当波源与观察者有相对运动时，才会发生多普勒效应B当波源与观察者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应C
10、只有机械波才能发生多普勒效应D只要波源运动，就一定会发生多普勒效应答案AB解析当波源与观察者有相对运动时，他们之间的距离必然发生变化，其距离增大或减小，观察者接收到的频率就相应的减小或增大，可知必发生多普勒效应，即A选项正确；而当波源与观察者运动的速度完全相同时，无相对运动，相当于二者都静止的情况，不会发生多普勒效应，故B选项正确，D选项不正确；多普勒效应是波动过程共有的特征，这里的波动包括一切波的传播过程，故C选项不正确2(惠更斯原理)下列说法中正确的是()A只有平面波的波面才与波线垂直B任何波的波线与波面都相互垂直C任何波的波线都表示波的传播方向D有些波的波面表示波的传播方向答案BC解析任
11、何波的波线都与波面相互垂直，波线都表示波的传播方向，故B、C正确，A、D错误3(波的折射)一列声波从空气传入水中，已知水中波长较大，则()A声波频率不变，波速变小B声波频率不变，波速变大C声波频率变小，波速变大D声波频率变大，波速不变答案B4(波的反射)某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m海面上发出的声音经0.4 s听到回声，则海水深为多少？答案306 m解析声音在空气中与在海水中的频率相同，则，所以v水v空340 m/s1 530 m/s.物体发出的声音经0.2 s传至海底，故海水的深度为sv水1 5300.2 m306 m.题组一对多普勒
12、效应的理解1火车上有一个声源发出频率一定的乐音当火车静止、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调以下情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来降低的是()A观察者静止，火车向他驶来B观察者静止，火车离他驶去C火车静止，观察者乘汽车向着火车运动D火车静止，观察者乘汽车远离火车运动答案BD2下面应用利用了多普勒效应的是()A利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度B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，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理C铁路工人将耳朵贴在铁轨上可判断火车的运动情况D有经验的战士
13、利用炮弹飞行的尖啸声判断飞行炮弹是接近还是远去答案ABD解析凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对地球运动的速度，A正确被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的知识可以求出运动物体的速度，B正确铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动作出判断的，C错误炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的运动方向有关，D正确3公路巡警开车在高速公路上以100 km/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电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的
14、车速()A高于100 km/hB低于100 km/hC等于100 km/h D无法确定答案A解析因为巡警车(观察者)接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在后面，可判定轿车车速比巡警车车速大，故选项A正确，B、C、D错误4频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动以u表示声源的速度，v表示声波的速度(uv)，f表示接收器接收到的频率若u增大，则()Af增大，v增大 Bf增大，v不变Cf不变，v增大 Df减小，v不变答案B解析由于声波的速度只由介质决定，故v不变，根据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率变高，f增大，故B项正确题组二对
15、惠更斯原理的理解5关于惠更斯原理、波的反射、波的折射，下列说法正确的是()A惠更斯原理能够解释所有波的现象B子波的波速与频率等于波源的波速和频率C用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反E波在两介质的界面发生反射和折射时，反射波和折射波的频率不发生变化答案BE6下列说法中正确的是()A水波是球面波B声波是球面波C只有横波才能形成球面波D只有纵波才能形成球面波答案B解析根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与是横波还是纵波无关，故B正确，C、D不正确由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确题组三波的反射和折射7以下关于波的认识，哪些是正确的
16、()A潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C雷达的工作原理是利用波的干涉D水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象答案ABD解析潜艇探测周围物体利用了反射原理，A对；隐形飞机可以减少波的反射，B对；雷达工作原理利用了波的反射，C错；水波的传播方向发生变化，属于波的折射，D对8人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，是因为()A室内空气不流动B室内声音多次被反射C室内声音发生折射D室内物体会吸收声音答案B解析人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，甚至反射多次，因而显得声音
17、洪亮题组四综合应用9声波从声源发出，在空中向外传播的过程中()A波速在逐渐变小 B频率在逐渐变小C振幅在逐渐变小 D波长在逐渐变小答案C解析声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速只由传播介质决定频率(由振源决定)和波长()均不变，所以A、B、D错；又因为机械波传递的是能量，能量在传播过程中会减小，故其振幅逐渐变小，C正确10如图1所示为产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰图1(1)该图表示的是()A干涉现象B衍射现象C反射现象D多普勒效应(2)波源正在向哪处移动()AA BBCC DD(3)观察到波的频率最低的位置是()AA BBCC DD答案(1)D(2)A
18、(3)B解析题图表示的是多普勒效应，波源的左边波长较小，说明波源正向左运动，因此A处接收到的频率最高，B处接收到的频率最低11蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次假定蝙蝠的超声脉冲的发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是()A墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 HzB蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率C蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率D蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz答案C解析由于蝙
19、蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到墙壁反射的频率也大于墙壁接收的频率所以C正确12一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来的位置有多远？答案516 m解析如图所示，设船发出鸣笛声于B处，旅客听到回声位置在A处，即3 s内汽船前进了A、B间的距离l，则声波经过2sl的距离v声t2sl2sv船t，得s m516 m.13一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；(2)声波在这种介质中的传播速度的大小答案(1)1 360 Hz(2)1 088 m/s解析(1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由vf得f Hz1 360 Hz.(2)因频率不变，有得vv340 m/s1 088 m/s.