号主按:新年伊始,物理优质公众号联盟策划推出“感恩你,向粉丝送豪礼”活动方案。本号作为联盟成员之一,非常赞赏这一活动,并以本号个性方式响应这一活动,即于近期推送号主已发表论文(知网可查)。根据联盟统一要求,“豪礼”(本号赠送为号主已发表的论文,PDF版)均要放入网盘中,方便朋友直接下载。 今天推送的论文,是号主根据教学研讨活动而撰写的教学反思文章。本文的直接阅读对象显然是高中物理教师,但是所讨论题例具有典型性,高考题也考过同类型题,因此也适合学生阅读。 所以,可以推送给学生作为自主学习材料以及教师备课参考材料。———————………——————

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(1)

摘 要:要深度理解多普勒效应,必须精准区分三个频率,这三个频率是波源的振动频率、波源的发射频率和观察者的接收频率。在实际教学中,师生极容易混淆波源的振动频率和发射频率从而产生思维障碍,最终就多普勒效应陷于一知半解之中。多普勒效应是教学中的一个难点,通过“稀释还原”教学策略才能顺利突破。

关键词:多普勒效应;振动频率;发射频率;接收频率;稀释还原

一、提出问题

在一次原创试题审题研讨中,就多普勒效应知识点命制的一道试题,产生了激烈的思维碰撞。

研讨后,笔者翻阅了教材,认真研读发现教材有几处表述值得反复琢磨或商榷。

第一处:“发现波源和观察者互相靠近或互相远离时,接收到的波的频率都会发生变化,人们把这种现象称之为多普勒效应。”

追思:接收到的波的频率确指什么?其“变化”的比较对象是什么?

第二处:当波源与观察者相对静止时,1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观察到的频率等于波源振动的频率;当波源与观察者相向运动时,1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加,观察到的频率增加;反之,波源与观察者相互远离时,1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目减小,观察到的频率变小。

追思:观察到的频率又是什么?其大小与波源的运动、观察者的运动之间的关系到底如何?

另外,波源与观察者之间的运动关系存在多种可能情况,“互相靠近(远离)”要么显得笼统,要么显得狭隘,在一定程度上,也导致了思维上的理解障碍。

波源的发射频率确指什么?只有明确了这一概念,以上问题才能迎刃而解,最终达到深度理解多普勒效应的教学效果。

二、图解多普勒效应

1.波源的振动频率

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(2)

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(3)

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(4)

公式有些复杂,公式中运算符号的选取应当特别清晰,否则容易出错。在不出错的情况下,不难得出结论:当波源与观察者之间的距离增大时,观察者的接收频率小于波源的振动频率;当波源与观察者之间的距离减小时,观察者的接收频率大于波源的振动频率。

三、分类理解多普勒效应

1.几种典型情况

为了更好地理解多普勒效应,继续讨论几种典型情况,详细情况如表1所示。

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(5)

2.结论

教材中的“接收到的波的频率”和“观察到的频率”均是本文所指观察者的接收频率,其变化的比较对象是波源的振动频率。表1中第2、3、5、7、8等情况,均属于波源与观察者“互相靠近”,即接收频率大于波源的振动频率;第4、6、9、10、11等情况,均属于波源与观察者“互相远离”,即接收频率小于波源的振动频率。

特别指出,师生极容易产生误解的地方就是,不管波源运动与否,都认为波源的发射频率等于波源的振动频率;甚至直接认为波源的发射频率就是波源的振动频率。正是因为这个原因,在某些具体情况,就不免产生思维障碍。例如,“当观察者和波源相互远离时,接收频率小于发射频率”说法是对是错?如果“相互远离”确指“观察者与波源背向运动”,这一说法就是对的;如果“相互远离”也指“观察者追着波源同向运动,且V​R<vs”,这一说法就是错的。

三、拓展与启示

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(6)

论,以期达到对多普勒效应的理解。教学实践表明,如此教学未能取得预期课堂效果。原因不难分析,一方面,这个数学公式非常复杂,从心理上,学生极容易形成排斥或畏难心理;另一方面,学生在运用此公式计算时极容易犯错,相反,巧借波源的发射频率概念,却能达到化整为零、化难为易。事实上,这也是对复杂数学公式(物理规律)运用了稀释还原的教学策略,有利于突破教学难点。

多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(7)

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多普勒效应通俗讲解(精准区分三个频率)(8)

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