2019-2020年高中物理 第十二章 機(jī)械波 12.5 多普勒效應(yīng) 12.6 惠更斯原理（2）學(xué)案新人教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 第十二章 機(jī)械波 12.5 多普勒效應(yīng) 12.6 惠更斯原理（2）學(xué)案新人教版選修3-4 [目標(biāo)定位] 1.了解多普勒效應(yīng)，能運(yùn)用多普勒效應(yīng)解釋一些物理現(xiàn)象.2.知道什么是波面和波線(xiàn).3.了解惠更斯原理，會(huì)用惠更斯原理解釋波的反射與折射現(xiàn)象． 一、多普勒效應(yīng) 1．定義：波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時(shí)，接收到的波的頻率都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)． 2．成因 (1)波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，1 s內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是 的，觀察到的頻率 波源振動(dòng)的頻率． (2)當(dāng)波源與觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，1 s內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目 ，觀察到的頻率 ；反之，當(dāng)波源與觀察者互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察到的頻率 ． 3．應(yīng)用 (1)測(cè)車(chē)輛速度；(2)測(cè)星球速度；(3)測(cè)血流速度． 想一想 當(dāng)汽車(chē)遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聽(tīng)到的汽車(chē)的聲音越來(lái)越小，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)嗎？ 二、惠更斯原理 1．波面和波線(xiàn) (1)波面：在波的傳播過(guò)程中，任一時(shí)刻振動(dòng)狀態(tài)都相同的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所組成的面． 波面為球面的波叫球面波，波面是平面的波叫平面波．如圖12－5－1所示． 圖12－5－1 (2)波線(xiàn)：與波面垂直的那些線(xiàn)代表了波的傳播方向，叫做波線(xiàn)． 2．惠更斯原理 (1)內(nèi)容：介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看作發(fā)射子波的 ，其后任意時(shí)刻，這些子波在波前進(jìn)方向的 就是新的波面． (2)應(yīng)用：如果知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置，還知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一時(shí)刻這個(gè)波面的位置，從而確定波的傳播方向． 一、對(duì)多普勒效應(yīng)的理解 1．多普勒效應(yīng)是波共有的特征，不僅機(jī)械波，光波和電磁波也都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)． 2．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源發(fā)出的頻率不變，變化的是觀察者接收到的頻率． 3．當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，f觀察者變大，音調(diào)變高．如圖12－5－2甲中波源S不動(dòng)，觀察者A向B運(yùn)動(dòng)和圖乙中觀察者A不動(dòng)，波源由S1向S2運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，f觀察者變小，音調(diào)變低，如圖甲中波源S不動(dòng)，觀察者A向C運(yùn)動(dòng)． 圖12－5－2 【例1】 下面說(shuō)法中正確的是( ) A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的頻率變化了 B．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化 C．多普勒效應(yīng)是在波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的 D．多普勒效應(yīng)是由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的 借題發(fā)揮 判斷觀察者接收的頻率是怎么樣變化的，就是看波源與觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況． 【例2】 下面哪些應(yīng)用是利用了多普勒效應(yīng)( ) A．利用地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率來(lái)判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度 B．交通警察向行進(jìn)中的汽車(chē)發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波，波被運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)反射回來(lái)，根據(jù)接收到的頻率發(fā)生的變化，就知道汽車(chē)的速度，以便于進(jìn)行交通管理 C．鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況 D．有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲判斷飛行炮彈是接近還是遠(yuǎn)去 二、對(duì)惠更斯原理的理解 1．惠更斯原理中，同一波面上的各點(diǎn)都可以看做子波的波源．波源的頻率與子波波源的頻率相等． 2．波線(xiàn)的指向表示波的傳播方向． 3．在各向同性均勻介質(zhì)中，波線(xiàn)恒與波面垂直． 4．球面波的波線(xiàn)是沿半徑方向的直線(xiàn)，平面波的波線(xiàn)是垂直于波面的平行直線(xiàn)． 5．利用惠更斯原理可以解釋平面波和球面波的傳播、波的衍射、干涉和折射現(xiàn)象，但無(wú)法說(shuō)明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物的大小關(guān)系． 【例3】 關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解，下列說(shuō)法正確的是( ) A．同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同 B．同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同 C．球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面 D．無(wú)論怎樣的波，波線(xiàn)始終和波面垂直 三、對(duì)波的反射與折射的理解 1．波的反射：反射波的波長(zhǎng)、波速、頻率跟入射波的相同． 2．波的折射：在波的折射中，波的頻率不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生改變． 3．波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的原因是波在不同的介質(zhì)中的傳播速度不同． 【例4】 下列說(shuō)法正確的是( ) A．波發(fā)生反射時(shí)，波的頻率不變，波速變小，波長(zhǎng)變短 B．波發(fā)生反射時(shí)，波的頻率、波長(zhǎng)、波速均不變 C．波發(fā)生折射時(shí)，波的頻率不變，但波長(zhǎng)、波速發(fā)生變化 D．波發(fā)生折射時(shí)，波的頻率、波長(zhǎng)、波速均發(fā)生變化 對(duì)多普勒效應(yīng)的理解及應(yīng)用 1．根據(jù)多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是( ) A．當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定發(fā)生變化 B．當(dāng)波源與觀察者同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低 C．當(dāng)波源與觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高 D．當(dāng)波源與觀察者反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低 2．公路巡警開(kāi)車(chē)在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車(chē)道上巡警車(chē)向前方的一輛轎車(chē)發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被那輛轎車(chē)反射回來(lái)時(shí)，巡警車(chē)接收到的電磁波頻率比發(fā)出時(shí)低，說(shuō)明那輛轎車(chē)的車(chē)速( ) A．高于100 km/h B．低于100 km/h C．等于100 km/h D．無(wú)法確定 對(duì)惠更斯原理的理解 3．下列關(guān)于惠更斯原理的說(shuō)法正確的是( ) A．惠更斯原理能夠解釋波的反射和折射現(xiàn)象 B．惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象 C．介質(zhì)中任何一個(gè)波面的各點(diǎn)，都可以看成發(fā)射子波的波源 D．惠更斯原理能夠解釋衍射現(xiàn)象與障礙物或孔的大小的關(guān)系 波的反射與折射 4. 圖12－5－3 如圖12－5－3所示，1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線(xiàn)，則( ) A．2與1的波長(zhǎng)、頻率相等，波速不等 B．2與1的波速、頻率相等，波長(zhǎng)不等 C．3與1的波速、頻率、波長(zhǎng)相等 D．3與1的頻率相等，波速、波長(zhǎng)均不等 題組一 多普勒效應(yīng) 1．下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應(yīng)( ) A．遠(yuǎn)去的汽車(chē)聲音越來(lái)越小 B．炮彈迎面飛來(lái)，聲音刺耳 C．火車(chē)向你駛來(lái)時(shí)，音調(diào)變高；駛離你而去時(shí)，音調(diào)變低 D．大風(fēng)中，遠(yuǎn)處人的說(shuō)話(huà)聲時(shí)強(qiáng)時(shí)弱 2．關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法中不正確的是( ) A．發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率保持不變 B．要發(fā)生多普勒效應(yīng)，波源和觀察者間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng) C．只有聲波會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng) D．機(jī)械波、電磁波和光波都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng) 3．如圖12－5－4，將上下振動(dòng)的振針?biāo)揭苿?dòng)，移動(dòng)過(guò)程中在水面形成了如圖所示的水波圖形，下列說(shuō)法正確的是( ) 圖12－5－4 A．振針向右移動(dòng) B．振針向左移動(dòng) C．在A處的觀察者，接收到的水波頻率變小 D．在A處的觀察者，接收到的水波頻率變大 4．醫(yī)院通過(guò)彩超對(duì)人體進(jìn)行體檢時(shí)，彩超機(jī)向人體內(nèi)發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波，超聲波經(jīng)血液反射后被專(zhuān)用儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就可以知道血液的流速．這一技術(shù)主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象( ) A．多普勒效應(yīng) B．波的衍射 C．波的干涉 D．共振 5．平直公路上，汽車(chē)正在勻速遠(yuǎn)離，用多普勒測(cè)速儀向其發(fā)出頻率為f0的超聲波，被汽車(chē)反射回來(lái)的超聲波的頻率隨汽車(chē)運(yùn)動(dòng)位移變化的圖象，正確的是( ) 6．如圖12－5－5所示，男同學(xué)站立不動(dòng)吹口哨，一位女同學(xué)坐在秋千上來(lái)回?cái)[動(dòng)，下列關(guān)于女同學(xué)的感受的說(shuō)法正確的是( ) 圖12－5－5 A．女同學(xué)從A向B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高 B．女同學(xué)從E向D運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變高 C．女同學(xué)在C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)不變 D．女同學(xué)在C點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，她感覺(jué)哨聲音調(diào)變低 7．公路巡警開(kāi)車(chē)在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一車(chē)道上巡警車(chē)向前方的一輛轎車(chē)發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被轎車(chē)反射回來(lái)時(shí)，警車(chē)接收到的電磁波的頻率比發(fā)出時(shí)低． (1)此現(xiàn)象屬于( ) A．波的衍射 B．波的干涉 C．多普勒效應(yīng) D．波的反射 (2)若轎車(chē)以20 m/s的速度行進(jìn)，反射回的頻率應(yīng)怎樣變化？ 題組二 惠更斯原理 8．下列說(shuō)法正確的是( ) A．波線(xiàn)表示波的傳播方向 B．波面表示波的傳播方向 C．只有橫波才有波面 D．波傳播中某時(shí)刻任一波面上各子波波面的包絡(luò)面就是新的波面 9．下列說(shuō)法中正確的是( ) A．根據(jù)惠更斯原理可知，介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可以看做發(fā)射子波的波源 B．惠更斯原理只能解釋球面波的傳播，不能解釋平面波的傳播 C．若知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置，由惠更斯原理就可以確定波的傳播方向 D．惠更斯原理不但可以解釋波的直線(xiàn)傳播，還可以解釋波的反射與折射等相關(guān)現(xiàn)象 題組三 波的反射與折射 10．聲波從聲源發(fā)出，在空中向外傳播的過(guò)程中( ) A．波速在逐漸變小 B．頻率在逐漸變小 C．振幅在逐漸變小 D．波長(zhǎng)在逐漸變小 11．一列聲波從空氣傳入水中，已知水中聲速較大，則( ) A．聲波頻率不變，波長(zhǎng)變小 B．聲波頻率不變，波長(zhǎng)變大 C．聲波頻率變小，波長(zhǎng)變大 D．聲波頻率變大，波長(zhǎng)不變 題組四 綜合應(yīng)用 12．下列物理現(xiàn)象中： (1)春天里在一次閃電過(guò)后，有時(shí)雷聲轟鳴不絕； (2)“聞其聲而不見(jiàn)其人”； (3)學(xué)生圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音； (4)當(dāng)正在鳴笛的火車(chē)向著我們急駛而來(lái)時(shí)，我們聽(tīng)到汽笛聲的音調(diào)變高． 這些物理現(xiàn)象分別屬于波的( ) A．反射、衍射、干涉、多普勒效應(yīng) B．折射、衍射、多普勒效應(yīng)、干涉 C．反射、折射、干涉、多普勒效應(yīng) D．衍射、折射、干涉、多普勒效應(yīng) 13．利用超聲波可以探測(cè)魚(yú)群的位置．在一只裝有超聲波發(fā)射和接收裝置的漁船上，向選定的方向發(fā)射出頻率f＝5.8104 Hz的超聲波后，經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝0.64 s接收到從魚(yú)群反射回來(lái)的反射波．已知該超聲波在水中的波長(zhǎng)λ＝2.5 cm，求魚(yú)群到漁船的距離是多少．(魚(yú)群靜止不動(dòng)) 14．一聲波在空氣中的波長(zhǎng)為25 cm，速度為340 m/s，當(dāng)折射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)變?yōu)?0 cm，求： (1)聲波在這種介質(zhì)中的頻率； (2)聲波在這種介質(zhì)中的傳播速度．