1、第十二章机械波学案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.知识探究 自我检测 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.知识探究 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发生变化的现象.2.多普勒效应产生的原因分析：(1
2、)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和观察者A相对静止，如图所示 f观察者f波源 音调不变 频率波源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.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.
3、相对运动二、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，它代表了波的如图1所示.图1任何振动状态相同传播方向3.惠更斯原理 介质中任一波面上的各点，都可以看做，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的就是新的波面.4.惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的,无法说明衍射
4、现象与狭缝或障碍物的的关系.发射子波的波源包络面强度大小三、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
5、)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：波遇到介质界面会继续传播的现象.(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的.2.波的折射(1)波从一种介质另一种介质时，波的发生改变的现象.(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变.返回相同进入传播方向(3)波
6、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不同.速度延伸思考 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.典例精析一、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
7、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
8、，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
9、.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()A.2与1的波长、频率相等，波速不等 B.2与1的波速、频率相等，波长不等 C.3与1的波速、频率、波长均相等 D.3与1的频率相等，波速、波长均不等 图3解析 波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、
10、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.vf答案 D 课堂要点小结 1 2 3 41.(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.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 自我检测 1 2 3 4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
11、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；1 2 3 4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.答案 AB1 2 3 42.(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 解析 任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.BC1 2 3 43.(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 B1 2 3 44.(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？解析 声音在空气中与在海水中的频率相同，则v空空v水水，所以 v 水水空v 空4.51 340 m/s1 530 m/s.1 2 3 4物体发出的声音经t20.2 s 传至海底，故海水的深度为 sv 水t21 5300.2 m306 m.答案 306 m