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三、教学程序的设计
设计思路:让学生经历从自然到物理、从生活到物理的认识过程,经历基本的科学探究过程;充分发挥教师的组织者和引导者的作用,激发并保持学生的学习兴趣,培养学生的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。
(一) 明确探究问题:
引导学生观看实地摄制的录像,并结合自身体验和生活经验,侧重观察声音的变化,学生的回答可能多种多样:
声音发生变化;声音越来越大;声音越来越刺耳;个别学生可能会回答声音频率越来越高······等等。并可发现当观察者与声源相距较近时,声音才会明显的变化。
(二)自主探究过程、突出本节重点:
1、让学生猜想产生上述现象的可能原因:
当车经过时,观察者听到的声音的确产生了变化,为什么会发生变化,其可能原因:喇叭越来越响;车与观察者的距离变近了;喇叭的声音发生变化······
2、通过实验探索,找出现象的原因。
首先引导学生回忆声音是由什么因素(响度,音调,音色)决定的,明确声音的变化与哪些因素有关;然后根据学生猜测情况,逐一进行排除;最后引导学生将观察 的结果,运用求同法将不同情况进行对比,概括出声音的变化规律,并表述为一般的情况,从而提高学生的观察能力和语言表达能力。
(1)同一个声源,发出的声音会越来越响吗?(用一电铃持续打铃,观察声音变化的情况,否定喇叭越变越响和喇叭声音发生变化的因素。)
(2)当声源与观察者相距较近时,距离的变化会产生明显的影响吗?(用同一电铃在观察者附近的不同地方打铃,可感觉声音没多大变化,从而否定由于距离越来越近而引起的声音的明显变化,忽略声源靠近时响度变化带来的影响。)
(3)声音的变化和音品有关吗?(根据常识进行判断,可排除)
(4)从上可知:观察者听到声音的变化主要由音调变化而引起的(用发声齿轮产生频率变化的声音),强化听到声音的变化是由频率引起的,突出主要影响因素。
(5)观察者听到喇叭声音的变化是由于喇叭发出的声音频率变化而引起吗?
由以上分析总结出听到声音音调的变化是由于观察者接收到的声音频率的变化。
变化规律:观察者与波源相互靠近时,观察者接收到的频率变大;观察者与波源相互远离时观察者接收到的频率变小。
引入课题:由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率发生变化的现象,叫做多普勒效应。
3、组织学生从理论上分析多普勒效应的规律。
在实例模拟图上,由波源发出一系列的球面波帮助学生建立波动过程的物理模型。 给合运动学知识组织学生讨论,分析过程抓住波源发出波频率不变,讨论的是观察者接收到的频率如图(一),设波传播速度V波,波长为λ,频率为f。,观察者 接收频率为f1。①波源相对观察者静止时:
设波源在A处1秒钟发出f 0个完全波,则
观察者在B处1秒钟内可接收f 0个完全波。
即f'=f 0
②波源静止,观察者运动:
a、观察者在B处以速度V向波源运动,1秒钟内接多接收V/λ个完全波,f'=f 0+v/λ>f 0接收频率变化。
b、观察者在B处以速度V远离波源运动1秒内少接收V/λ个完全波,f'=f0-V/λ<f 0接收频率变小③波源运动,观察者不动:如图(二)
当波源在A处,1秒钟发生f0个完全波,
波传到B和B',观察者处于B和B';若
波源从V向B运动1秒钟移动到A',B'A'
和A'B中的波数相同,由于B'A'>A'B所
以λA'B'>λA'B,波速V波不变, 根据f=v/λ,则fA'B'<fA'B,因此在B处接收到的频率变大而在B'处接收到频率变小,即波源与观察者靠近时,接收频率变大;远离时接收频率变小。
这样将实例体验与分析出的结果进行对比,从理论上更深层次理解多普勒效应,从而完成由感性认识到理性认识;通过探究,使学生经历基本的科学探究过程,学习科学探究方法,发展初步的科学探究能力,形成尊重事实、探索真理的科学态度。
3、知道了声波会发生多普勒效应后学生可能会产生疑问:其它的机械波是否也会发生多普勒效应呢?此时教师指出其它的波,如电磁波、微波、光波也会发生多普 勒效应,即多普勒效应是波共有的特征,以较全面理解多普勒效应。这样可激发学生求知欲,培养学生的探索兴趣:电磁波、微波、光波的多普勒效应会有什么样的 现象出现呢?
(三)多普勒效应在实际中的应用(课件介绍并展示多普勒效应的一些应用)
(1)判定火车运动的方向和快慢(声波)
(2)判断汽车运动的速度(电磁波、超声波)
(3)判断遥远天体相对于地球的速度(光波)
(4)多普勒超声诊断(超声波)
(四)用投影片出示小结、思考题
1、叙述波源的频率和观察者接收到的频率的区别
2、什么是多普勒效应?
3、举例说明多普勒效应的一些应用。
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