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多普勒效应及应用

发布时间:2019-06-29 03:45 来源:未知 编辑:admin

  多普勒效应及应用 ? 一、多普勒效应原理 ? 二、多普勒效应的应用 1 多普勒 C. Doppler, 1803-1853 奥地利物理学家,他于 1842年第一次论证了相 互转动的双星系统所发 射的光的频率的微小变 化,继而又讨论了声源 与观察者之间相对运动 时,观察者所接收的声 波频率的变化。 2 一、多普勒效应原理 ? 1、现象(1842年发现):当汽车或者火车向 你驶来时,感觉音调变高;当汽车或者火车 离你远去时,感觉音调变低(音调由频率决 定,频率高音调高;频率低音调低)。 ? 2、多普勒效应:由于波源和观察者之间有相 对运动,使观察者感到频率变化的现象,称 为多普勒效应。 3 一、多普勒效应原理 几个重要概念 1、波源的频率(v):单位时间内波源振动的次数 或发出的‘完整波’的个数。单位:赫兹,Hz。 2、接收到的频率(v’):观察者在单位时间内接 收到的‘完整波’的个数。单位:赫兹,Hz。 规定: vo表示观察者相对于媒质的运动速度。 vs表示波源相对于媒质的运动速度。 u 表示波的传播速度 4 讨论 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗? 接收频率——单位时间内观测者接收到的振动次 数或完整波数. 发射频率? s ?s ?? ? ? 接收频率 ? ? 5 只有波源与观察者相对静止时才相等. 1、 波源不动,观察者相对介质以速度 vo 运动 观察 者接 收的 频率 u ? vo ? ? ? 观察者向波源运动 u u ? vo ? ? ? 观察者远离波源 u 6 说明1 ? 在观察者运动的情况下,引起观察者接 收频率的改变,是由于观测到的波的传 播速度发生改变(波的波长不变) 7 2、观察者不动,波源相对介质以速度 vs 运动 8 ? s ? ? v sT u s vsT ? T? u A ?b T ? ? ?b u u 1 u ? ? ? ? ? T ? ? vsT u ? vs 波源向观察者运动 观察 者接 收的 频率 u ? ? ? u ? vs u ? ? ? u ? vs 波源远离观察者 9 说明2 ? 在波源运动的情况下,引起观察者接收 频率的改变,是由于观测到的波长发生 改变(波的传播速度不变) 10 3、波源与观察者同时相对介质运动 ( vs , v o ) u ? vo v o 观察者向波源运动 + ,远离 . ? ? ? u ? vs vs 波源向观察者运动 ,远离 + . 若波源与观察 者不沿二者连线运 动 u ? vo ? ? ? u ? vs ? v s ? vs ? vo ? v o 11 运动和频率的关系列表 波源的运动 情况 波源静止 波源静止 波源静止 波源向观察 者运动 观察者运动 情况 观察者静止 观察者向波 源运动 观察者远离 波源运动 观察者静止 频率的关系 观 等于 察 者 大于 接 收 小于 频 率 等于 波 源 的 频 率 波源远离观 察者运动 观察者静止 小于 12 总结 ? 1、在多普勒效应中,波源的频率是不 改变的,只是由于波源和观察者之间有 相对运动,观察者感到频率发生了变化。 ? 2、多普勒效应是波动过程共有的特征, 不仅机械波,电磁波和光波也会发生多 普勒效应。 13 二、多普勒效应的应用 1)交通上测量车速(雷达测速仪); 2)医学上用于测量血流速度(多普勒检查); 3)天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论; 4)用于贵重物品、机密室的防盗系统; 5)卫星跟踪系统等. 14 应用之一(雷达测速仪) ? 交通警察向行进中的 汽车发射一个已知频 率的电磁波(通常是 红外线),波被运动 的汽车反射回来时, 接收到的频率发生变 化,由此可指示汽车 的速度。 15 应用之二(多普勒天气雷达—尼克斯雷达) ? 尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪 进行探测的一种新型雷达。 ? 由于雨滴和雪花运动方式不同,雷达反射回 来的波频率也不同。根据雷达接收反射回来 的无线电波的频率,就可以分析出风、雨、 雪花的运动情况。利用多普勒效应,就可以 确定风暴是不是向这个方向刮来,并且能判 定速度的大小。 16 应用之三(多普勒B超或彩超仪) ? 多普勒B超或彩超仪:对 运动的脏器和血流进行 检测的仪器。 ? 原理:应用多普勒效应 原理,当声源与接收体 (即探头和反射体)之 间有相对运动时,回声 的频率有所改变,此种 频率的变化称之为频移。 17 应用之四(多普勒胎心仪) ? 多普勒胎心仪主要是用来做胎心监护的 电子仪器, 多采用超声多普勒技术,其 超声剂量要小。 ? 胎心监护目的:监查胎儿胎动是否异常, 根据胎心状况,做出相应的处理。 18 应用之五(多普勒声纳) 舰艇、油轮、货船行驶在浩 瀚无垠的大海上,如何准确 的沿着既定的目标前进呢? ? 多普勒声纳可以提供这种帮 助。 ? 多普勒声纳是根据多普勒效 应研制的一种利用水下声波 来测速和计程的精密仪器。 ? 19 应用之六(光谱线的红移——宇 宙膨胀学说的理论基础) ? 1848年,法国物理学家斐索指出,注意 谱线的位置能够取得观测光的多普勒效 应的最佳效果。因此人们把光的多普勒 效应称为多普勒-斐索效应。 20 应用之七 ?有经验的铁路工人可以从火车的 汽笛声判断火车的运动方向和快 慢; ?有经验的战士可以从炮弹飞行时 的尖叫声判断飞行的炮弹是接近 还是远去。 21 课后练习 ? 1、关于多普勒效应,下列说法正确的是() . 多普勒效应是由于波的干涉引起的 ? B. 多普勒效应说明波源的频率发生改变 ? C. 多普勒效应是由于波源与观察者之间相对 运动而产生的 ? D. 只有声波才可以产生多谱勒效应 ? 答案:C ?A 22 课后练习 ? 2、当火车进站鸣笛时,我们可以听到的声调 () ? A. 变高 ? B. 不变高 ? C. 越来越低沉 ? D. 不知声速和火车车速,不能判断 ? 答案:A 23 课后练习 ? 3、以速度vs=20 m/s奔驰的火车,鸣笛声频率 为275Hz,已知常温下空气中的声速u=340 m/s。 ? (1)当火车驶来时,站在铁道旁的观察者听 到的频率是多少? ? (2)当火车驶去时,站在铁道旁的观察者听 到的频率是多少? 24 解: (1)观察者不动,波源向观察者运动 v ? u v u ? vs 340 ? ? 275 340? 20 ? 292(Hz) (2)观察者不动,波源远离观察者 u v ? v u ? vs 340 ? ×275 340 + 20 ? 260(Hz) 25 课后练习 ? 4、一个观察者在铁路附近,当火车驶近时, 他听到的汽笛声频率v’1=440 Hz,当火车驶远 时,他听到的频率v’2=392 Hz,在大气中声速 u=340 m/s,求火车的速度? 26 解:设火车的速度为vs 由 u v1 ? v u ? vs v2 ? u v u ? vs v1 u ? vs ? 可得 v2 u ? vs v ? v vs ? 1 2 u 进一步可得 v1 ? v2 440 - 392 = ×340 440 + 392 = 19.6(m / s) 27

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