南方医科大学《大学物理》李贞姬-ch11-7-lzj.ppt

由于观察者（接收器）或波源、或二者同时相对媒质运动，而使观察者 接收到的频率与波源发出的频率不同的现象，称为多普勒效应。 1842 T.C.Doppler 奥地利 波源和观察者 相对于 介质 静止 11-7 多普勒效应 (Doppler effect) 波源振动的频率波的频率(媒质质元)接收频率 R S 1803-1853，奥地利物理学家 一. 波源静止 观察者运动 (S= 0，设R 0) 远离 u 靠近 观察者 参照系：媒质 设S 和R 的运动沿二者连线 符号规定: S 和R 相互靠近时 S 0, R 0 = S ， 但 R R S 二. 观察者静止 波源运动(R = 0，设S 0) 远离靠近 观察者 R = ， 但 S S 运动的前方波长变短 u 波源向右运动时 水波的多普勒效应 三. 波源和观察者同时运动 ( 设 S 、R均 0 ) 符号正负的选择与上述相同 S R R VR Vs S (1) 当波源或观察者在二者联线垂直方向上运动时，无多普 勒效应。机械波无横向多普勒效应 R = S 讨论 R S SR VS VR 若S 和R 的运动不在二者连线上 (2) 时，多普勒效应失去意义，此时形成冲击波. Shock waveShock wave 马赫角 Mach angleMach angle 超音速飞机会在空气中激起冲击波 若飞机飞行速率与声速相同，该声速区称若飞机飞行速率与声速相同，该声速区称“ “声障声障” ”。 飞机必须尽快越过飞机必须尽快越过“ “声障声障” ”，进入超音速区，否则会，进入超音速区，否则会 给飞机带来危险！给飞机带来危险！ 战机突破音障的瞬间 一警笛发射频率为1500 Hz 的声波，并以22 m/s 的速度向某 一方向运动，一人以6 m/s 的速度跟踪其后. 观察者接收到的频率(波源和观察者同时运动)： 警笛后方空气中声波的频率(观察者静止，波源运动)： 警笛后方空气中声波的波长: 例 该人听到的警笛发出的声音的频率以及在警笛后方空气中 声波的波长？ 求 R S 例 一静止波源向一飞行物发射频率 的超声波， 飞行物以速度v 离开波源。站在波源处相对波源静止的观 察者测得波源发射波与飞行物反射波合成振动的拍频为 已知声速u =340m/s，求飞行物的速度。 解飞行物接收到超声波的频率 观察者接收到飞行物反射超声波的频率 两波的拍频 例例 蝙蝠在洞穴中飞来飞去，能有效的利用超声波导航。若其发蝙蝠在洞穴中飞来飞去，能有效的利用超声波导航。若其发 出的超声波频率为出的超声波频率为39kHz39kHz，而它以声速的而它以声速的1/401/40的速度向表面平直的速度向表面平直 的岩壁飞去，求它听到的从岩壁发射回来的超声波频率。的岩壁飞去，求它听到的从岩壁发射回来的超声波频率。 波源？蝙蝠 接收者？ 蝙蝠 波源运动么？运动 接收者运动么？运动 例 火车以30m/s的速度行驶，汽笛频率650Hz.。在铁路近旁的公路 上坐在汽车里的人在下列情况听到火车鸣笛的频率分别为？ （1）汽车静止 （2）汽车以45km/h的速度与火车同向行驶（声速 340m/s） 火车迎面开来： 火车背离而去： 汽车在前： 火车在前： 弄清波源 和接受者 弄清相互 运动方向 一固定的超声波波源发出频率为v0=100 kHz 的超声波.当一 汽车迎面驶来时,在超声波所在处收到了从汽车反射回来的超 声波其频率为v=110 kHz. 设声波的速度为 u=330m/s. 汽车作为观察者接收到的频率： 例 解 汽车的行驶速度. 求 汽车反射波(作为波源发出)在空气中的频率： 所以,汽车的行驶速度为： 一频率为1 kHz的声源,以 vs=34 m/s 的速率向右运动.在声源 的右方有一反射面,以 v1=68 m/s 的速率向左运动. 设声波的 速度为 u=340m/s. 例 (1)声源所发出的声波在空气中的波长. 求 (2)每秒内到达反射面的波数; (3)反射波在空气中的波长. (1)在声源的右侧, 相对空气静止的观察者接收到的频率解 在声源的左侧声波在空气中的波长: S vs v1 (2)反射面作为接收者测到的频率： (3)反射波在空气中的频率： 反射波在空气中的波长: 例 解 求 一遥远的河外星系以很高的速率离开地球退行而去，其谱线 发生红移.与固有频率 0 相对应的波长为 0 = 434 nm 的谱线 ，地面上观测记录的该谱线的波长 = 600 nm. 此河外星系的退行速率. 以v 表示本题所求的退行速率，以 表示与波长 对应的频率 ，则有0 = c/0 和 = c/ ，代入纵向多普勒效应式，有 代入题给数据，解得 如图所示，平面简谐波在t=0的波形图，此简谐波频率250Hz. 且此时质点o运动方向向下。求 2002-1 1。波动方程 2。距离o点100m处质点的振动方程和振动速度的表达式 由p的运动方向判断：波向左传播 x y O 100m 研究o点振动： 写波动方程： T=1/v = 250s =200m 距离o点100m处质点的振动方程 距离o点100m处质点的振动速度 图为一平面简谐波在t时刻的波形曲线，若此时A点媒质质元 振动动能增大，则 2001-1 A A点弹性势能减小 B 波沿x 负方向传播 C B点振动动能减小 D 各点波的能量密度不随时间变化 x y O AB 例 解 根据波形确定P点相位 y x O P u 先确定原点振动相位 P点相位落后O点 例 解 如图，当振动频率为 2040HZ 的声源 S 向反射面运动，在O 点听到的拍音 ，若声波速度 ，求 声源相对空气的运动速度。 SO 设声波直接传到O点的频率为 声波经