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24_多普勒效应 各种举例

发布时间:2019-07-12 22:13 来源:未知 编辑:admin

  2.4_多普勒效应 各种举例_工学_高等教育_教育专区。 生活中的特殊现象 当奔驰的 汽车向你驶来, 并经过你的身 旁,而后又离 开你驶向远方, 在这一过程中, 你有没有注意 到你耳朵中听 到的汽车的鸣 笛声有什么特 殊的现象? 是不是汽车喇叭鸣笛的频

  生活中的特殊现象 当奔驰的 汽车向你驶来, 并经过你的身 旁,而后又离 开你驶向远方, 在这一过程中, 你有没有注意 到你耳朵中听 到的汽车的鸣 笛声有什么特 殊的现象? 是不是汽车喇叭鸣笛的频率本身发生了变化? 多普勒效应(Doppler effect) 1、现象(1842年发现):当汽 车向你驶来时,感觉音调变高; 当汽车离你远去时,感觉音调 变低。 2、音调:由频率决定,频率 越高音调越高,频率越低音 调越低。 3、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叫做 多普勒效应。 多普勒效应模拟 1、观察者静止不动, 数经过的队伍中的人 数,每分钟假设有30 个人经过。 2、当观察者逆着队伍 行走时,数经过的队 伍中的人数,每分钟将 大于30个人经过。 3、当观察者与队伍同向 行走且速度比队伍的小 时,数经过的队伍中的 人数,每分钟将小于30 个人经过。 v测=0 v测 v测 多普勒效应的成因 1、波源的频率:单位时间内波源发出的完全 波的个数。 2、观察者接收到的频率:单位时间内接收到 的完全波的个数。 多普勒效应的成因 1、波源和观察者没有相对运动时 单位时间内波源发出几个 完全波,观察者在单位时间内就 接收到几个完全波,故观察者接 收到的频率等于波源的频率。 2、观察者朝波源运动时 观察者在单位时间内接收到 的完全波的个数增多,即接收 到的频率增大。 3、观察者远离波源运动时 观察者在单位时间内接收 到的完全波的个数减少,即接 收到的频率减少。 多普勒效应的成因 4、波源朝观察者运动时 观察者感觉到波 变得密集,即波长 减小,接收到的频 率增大。 5、波源远离观察者运动时 观察者感到波变得稀疏,即波长增大, 接收到的频率减少。 多普勒效应 当波源与观察者有相对运动时,如果 二者相互接近,观察者接收到的频率增大; 如果二者相互远离,观察者接收到的频率 减小。 注:频率增大,指观察都接收到的频率大于 波源发出的频率 注意:由于相对运动,声源的频率没有 变化,而是观察者接收到的频率发生了 变化。 问题: 波源、观察者有相对运动 假定波源、观察者的运动发生在两者的连线上 波源振动的频率 f f 观察者探测的频率 v vo u 波在介质中的传播速度 观察者相对介质的速度 波源相对介质的速度 f 与 f 的关系 1、波源不动,而观察者以速度 v o 相对于介质运动 观 察 者 接 收 的 频 观察者向波源运动 率 v v?υ f ? ? f ? 0 ? f ? v ?v v o f 观察者远离波源 f ? v ? vo v f 2、 观察者不动,波源相对介质以速度 u 运动 f ? v ? ? v?u f ?b 此时介质中的波长为 λ b ? λ ? uT ? (v ? u)T ? · S uT R vT v λb ? v v?u f 观察者接收的频率 f ? 由于观察者静止,所以他接收到的频率就是波的频 率,即 f ? f ,因此, f ? v v?u v v?u f 波源向观察者运动 波源远离观察者 f ? f 三 波源与观察者同时相对介质运动 (u ,v o ) 综合以上两种情况,可得 当波与观察者同时相对 介质运动时,观察者所接收到的频率为: f ? v ? vo v?u f v o 观察者向波源运动 + ,远离 . u 波源向观察者运动 ,远离 + . 多普勒效应的应用 多普勒效应是波动过程共有的特征,一切 波(如电磁波和光波)都能发生多普勒效应。 应用1、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。 多普勒效应的应用 应用2、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。 应用3、用多普勒效应测量其它星系向着还是远离地 球运动的速率。 宇宙中的星球都在不停地运动.测量星球上某些元素 发出的光波的频率,然后跟地球上这些元素静止时发光的 频率对照,就可以算出星球靠近或远离我们的速度。 应用4、临床上应用:彩色多普勒超声诊断系统 医生向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管 中的血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化, 就能知道血流的速度.这种方法俗称“彩超”,可以检查 心脏、大脑和眼底血管的病变。 科学漫步 1、可闻声波: 人耳能听到的声波,其 频率范围大致在20Hz-20000Hz之间。 波长:17m -17mm 2、次声波:频率低于20Hz的声波。不 能引起人类听觉器官的感觉。 3、超声波:频率高于20000Hz的声波。 不能引起人类听觉器官的感觉。 课后练习 1、关于多普勒效应,下列说法正确的是( C ) A.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 有相对运动而产生的 D.只有声波才可以产生多普勒效应 2、当火车进站鸣笛时,我们可听到的声调( A ) A.变高 B.不变高 C.越来越沉 D.不知声速和火车车速,不能判断 课后练习 3、下列说法正确的是(在空气中传播)( BD ) A、超声波的传播速度大于次声波的传播速度 B、超声波的传播速度等于次声波的传播速度 C、蝙蝠有发达的视觉 D、蝙蝠有很完善的发射和接收超声波的器官 例1 A、B 为两个汽笛,其频率皆为500Hz,A 静 止,B 以60m/s 的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一 观察者O,以30m/s 的速度也向右运动. 已知空气中的 声速为330m/s,求: 1)观察者听到来自A 的频率 2)观察者听到来自B 的频率 A 1) 解 f ? ? vO ? v sB O B v ? 330 m/s, u A ? 0 , u B ? 60 m/s f f ? 330 - 30 330 ? 500 Hz ? 454 . 5 Hz v ? vo v?u 例1 A、B 为两个汽笛,其频率皆为500Hz,A 静 止,B 以60m/s 的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一 观察者O,以30m/s 的速度也向右运动. 已知空气中的 声速为330m/s,求: ? ? v sB vO 2)观察者听到来自B 的频率 A 解 2) f ? 330 ? 30 330 ? 60 ? 500 Hz ? 461 . 5 Hz O B 例2 利用多普勒效应监测车速,固定波源发出频率 为 ? ? 100 kHz 的超声波,当汽车向波源行驶时,与波源 安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率 ?1 u ? 330 ms , 为 ? ? 110 kHz . 已知空气中的声速为 求车速 . ? v0 解 1)车为接收器 2)车为波源 f ? f ? v ? v0 v f v v?u f ? v0 ? v v?u f ?1 车速 v0 ? u ? f ? f f ? f u ? 56 . 8 km ? h 课后练习 例3、图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示 意图,测速仪发出并接收超声波脉冲信号,根据发出和 接收到的信号间的时间差,测出被测物体的速度.图B中 p1、p2是测速仪发出的超声波信号,n1、n2分别是p1、p2 由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描,p1、p2之间 的时间间隔△t=1.0s,超声波在空气中传播的速度是 v=340m/s,若汽车是匀速行驶的,则根据图B可知,汽 车在接收到p1、p2两个信号之间的时间内前进的距离是 17.9 m/s。 17 m,汽车的速度是_______ 次声波 1、次声波的特点:次声波由于频率小,故波长较 长,易发生衍射,传播距离较远。 2、次声波的应用:通过次声波探知几千千米外的 核武器试验和导弹的发射,或预报破坏性很大的 海啸、台风。 3、次声波对人体的影响 1)次声波1-3Hz:可以使人产生恐惧,地震前动物的不安, 也是这个频率的次声波引起; 2)次声波3-6Hz:能使人精神失常,失去理智; 3)次声波8-12Hz:可以使人思维集中,增强记忆力; 4)太强的次声波将使人感到烦躁、耳鸣、头痛、恶心和心 悸,人的晕船和晕车就是由于机械振动、空气和海浪摩擦 发生的次声波引起;特别强的次声波还会使人四肢麻木、 耳聋、鼻孔出血、内脏破裂,直至死亡。 超声波 1、超声波的能量很大:理论研究表明,在振幅相同 的情况下,一个物体的振动能量跟振动频率的二次 方成正比。超声波的频率很高,因而能量很大。 2、超声波沿直线传播:因为超声波的波长很短, 不易绕过障碍物发生明显的衍射现象,故超声波基 本上沿直线、 超声波加湿器的基本 原理:利用超声波的剧烈振动 可以把普通水“打碎”成直径 仅为几微米的小水珠,变成雾 气喷散到房间的空气中,增大 房间中空气的湿度 超声波 应用2、超声波雾化器:超声波 还可以把药物击碎成微粒和空 气混合形成“药雾”,病人吸 入后,可以治疗肺部和气管类 疾病,如咽喉炎和气管炎。 应用3、治疗各种结石疾病:利用超声波的巨大能量 还可以把人体内的结石击碎。 应用4、按摩疗效:利用超声波作用于人体时。机 体细胞受到振荡和刺激,可起按摩作用,治疗神经 痛等疾患。 应用5、用超声波消毒灭菌也是有效的。例如用超声 波来给牛奶消毒,效果良好,而且能避免煮沸法对 营养成分的破坏 超声波 应用6、超声波探伤:由于超声波的穿透能力很强, 可以制成超声波探伤仪,用来探查金属、陶瓷、混 凝土制品,甚至水库大坝,检查内部是否有气泡、 空洞和裂纹等缺陷。 超声波 应用7、B超:就是利用超声波的发射,来探查人体 内部的各种器官、组织等有无异常,还可以确定肿 瘤的有无、位置和大小等等. 超声波 应用8、利用超声波清洗污垢:金属零件、玻璃和陶 瓷制品的除垢是件麻烦事,但如果在放有这些物品 的清洗液中通入超声波,清洗液的剧烈振动冲击物 品上的污垢,能够很快清洗干净。 应用9、声呐:超声波在水中传播 的距离要比光波和无线电波远得多。 水声测位仪就是根据超声波的这种 特性制成的装置,这种装置既能发 出短促的超声波脉冲.又能接收被 潜艇、鱼群或海底反射回来的超声 波,根据反射波滞后的时间和波速, 就可以确定潜艇、鱼群的位置或海 水深度 仿生学 1、很多动物都有完善的发射和 接收超声波的器官。以昆虫为 食的蝙蝠,视觉很差,飞行中 不断发出超声波的脉冲,依靠 昆虫身体的反射波来发现食物。 海豚也有完善的“声呐”系统, 使它能在混浊的水中准确地确 定远处小鱼的位置。 2、现代的无线电定位器——雷达,质量有几十、几百、几千 千克,蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克,而在一些重要 性能上,如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优 于现代的无线电定位器。深入研究动物身上各种器官的功能 和构造,将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备, 这就是近几十年来发展起来的一门新学科——仿生学。

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