多普勒效应_陶天悦09东电子2.doc

JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 物理学欣赏 多普勒效应 学院名称：东方学院 专 业：电子信息工程 班 级：09电子2班 姓 名：陶天悦 学 号：09812218 2010年 12 月 多普勒效应引言 经常乘坐火车来回在家和学校之间,火车的鸣笛声的尖锐和低沉引起了我的注意。在初中的时候物理课上就知道多普勒效应。回家查了以下多普勒效应不仅仅是我简单认识的一个小小现象。 多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴约翰多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。 恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。发现 1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。 原理声波的多普勒效应多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/。 如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 产生原因： 声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小 电磁波的多普勒效应科学家爱德文哈勃使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低,天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。反之，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。 在单色的情况下，我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率，或者解释为，在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域，这种效率越低，就越趋向于红色，频率越高的，就趋向于蓝色紫色。这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率。 医学应用Doppler检查仪在临床上，多普勒效应的应用也不断增多，近年来迅速发展起超声脉冲，当声源或反射界面移动时，比如当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散射的声音频率发生改变，由这种频率偏移可以知道血流的方向和速度，如红细胞朝向探头时，根据Doppler原理，反射的声频则提高，如红细胞离开探头时，反射的声频则降低。医学应用彩超声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，即超，此法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，超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。超声多普勒法诊断心脏过程是这样的：超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，激励发射换能器探头，产生连续不断的超声波，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号就为换能器所接受，就可以根据反射波与发射的频率差异求出血流速度，根据反射波以频率是增大还是减小判定血流方向。为了使探头容易对准被测血管，通常采用一种板形双叠片探头。 交通应用雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。移动通信上的应用在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。 宇宙学研究中的应用宇宙大爆炸学说 20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光普红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v=Hr,H为哈勃常数.根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小. 由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。 因而1948年伽莫夫和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。 多普勒的新说崔蕴华在前沿科学2009年第4期发表的关于多普勒效应的一种新认识一文中指出：波速具备普适不变性和等效伽利略迭加性，观测者运动与波源运动的多普勒频移等效，电磁波与弹性波的多普勒频移等效。崔蕴华认为，“核心问题，一是电磁波的收发互易性的基本思想对弹性波也应成立，二是波速的普适不变与等效迭加的二重性。”根据弹性波多普勒效应理论，观测者运动与波源运动形成的多普勒频移并不相同，因此二者的频移计算公式也就相异。“把观测者和波源当作每一个个体，他们的运动形式确有不同。但是，如果把他们放在一个系统中，观测者和波源的运动就可分为两类：背向运动和相向运动。观测者和波源的靠近(相向)或者远离(背向)，二者运动模式不同，多普勒频移