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文档简介
多普勒效应及应用 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 C DOppler 1803 1853 多普勒 当波源与观察者互相靠近 或互相远离时 接受到的波的频率都会发生变化 这种现象叫多普勒效应 一 多普勒效应 等于 大于 小于 大于 小于 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 二 多普勒效应的定量分析 设vs表示波源对介质的速度 vA表示观察者对介质的速度 vp表示波的传播速度 f和f 分别表示波源频率和观察者接收到的频率 Vs vp vA vp 设波源的波长为 波的传播速度为 p 则在时间t内 观察者接收到的完全波的个数为 接收频率为 波源和观察者都相对介质静止 二波源不动 观察者相对介质以速度运动 观察者向着波源运动时 波速 t内波传播的距离 如图 一观察者在点P向着波源S运动 速度为 则t时间内观察者移动的距离为 在距离内的波都被观察者所接收又为介质中的波长 即 观察者远离波源运动时 设观察者在点P远离波源S运动 速度仍为 则时间内观察者移动的距离为 观察者接收到了在距离内的波又 即 想一想 波源运动起来后形成的波面是什么形状 三观察者不动 波源相对介质以速度运动 三观察者不动 波源相对介质以速度运动 波源向着观察者A运动时 波速 波长 波源向A运动速度 一周期T内波源移动 被观察者接收到的介质中的波长为 即 波源远离观察者运动时 A vp 被观察者接收到的介质中的波长为 即 例一辆救护车以25m s 1的速度在静止的空气中行驶 假设车上鸣笛的频率为800Hz 求 静止站在路边的人听到救护车驶近和离去时的鸣笛声波的频率 设空气中声速330m s 1 救护车驶近时 运用公式 解 得 当救护车离去时 思考题 波源向着观察者运动和观察者向着波源运动 都会产生频率增高的多普勒效应 同样 远离时都会产生频率降低的多普勒效应 这两种情况有何区别 所以 两者同时相对介质运动时 三波源和观察者同时相对介质运动 已知 波源静止 观察者运动 观察者静止 波源运动 符号法则 观察者向波源运动 远离波源 波源向观察者运动 远离波源 默认 vA vp vs vp 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 应用一 彩超 应用二 光谱线的红移 应用三 测速仪 例2利用多普勒效应监测车速 固定波源发出频率为的超声波 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为 已知空气中的声速为 求车速 解1 车为接收器 2 车为波源 车速 尼克斯雷达是采用多普勒效应对风 雨 雪进行探测的的一种新型雷达 因为 雨滴和雪花运动方式不同 雷达反射回的波频率也不同 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 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 END 应用四 预测天气的雷达 多普勒雷达 应用五 冲击波 1 波源的传播速度小于波的传播速度 2 波源的传播速度等于波的传播速度 3 波源的传播速度大于波的传播速度 这个圆锥面上 波的能量已被高度集中 容易造成巨大的破坏 这种波称为冲击波或激波 突破音速的瞬间 突破音障进入超音速后 从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥 在旁观者听来这股震波有如爆炸一般 故称为音爆或声
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