10.6 多普勒效应李喜昌多普勒效应.ppt

10 7多普勒效应 第十章机械波 河北师大附中李喜昌 问题1 声音是如何产生的 振动发声 大家把手放在自己的喉部发声练习一下 发一个高音 一个低音 看手的感觉有什么不同 结论 音调的高低与振动的快慢有关音调高振动频率快音调低振动频率慢 回首往事 问题2 音调的高低与什么因素有关 小实验 看下面几段录像 注意仔细听声音除音量大小以外的变化 发声体 远 近 远 音调 问题3 是不是发声体的频率发生了变化呢 声源按一定的规律做机械运动 声源发出声波的频率是一定的 是观察者感到声波的频率发生了变化 问题4 什么条件下观察者才会感到声波的频率发生变化呢 声源靠近观察者 感到频率变大 声源远离观察者 感到频率变小 是观察者和声源相对运动 问题5 坐在鸣着笛的救护车上的人感受不到多普勒效应 这是为什么 观察者和声源相对静止 一 多普勒效应 1 定义 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者感到频率发生变化的现象 叫做多普勒效应 2 产生多普勒效应的范围 同波的干涉和衍射现象一样 多普勒效也是波特有的现象 机械波 电磁波 光波 都能够发生多普勒效应 条件 波源和观察者之间有相对运动 现象 使观察者感到频率发生变化 奥地利物理学家多普勒在1842年发现 问题6 为什么有相对运动听起来音调就会发生变化 3 接收到的频率 观察者在单位时间内接收到完全波的个数 1 完全波 一个波长的波可以称为完全波 二 几个基本概念 2 波源的频率 单位时间内波源发出完全波的个数 观察者单位时间接收到的完全波的个数 观察者接收到的频率 可以等于 大于或小于波源单位时间内发出的完全波的个数 波源的频率 1 当波源和观察者都静止不动 即二者没有相对运动时 三 多普勒现象的成因 结论 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 观察者接收到的频率等于波源的频率 结论 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 减小 2 当波源固定 观察者靠近 远离 波源运动时 波源固定 观察者以速度v向着波源或背离波源运动 这种情况等效于波通过观察者时的速度增大 或减小 而波长不变 波相对于观察者的速度为 所以 当观察者背离波源运动时 上式取负号 此时若v v0 观察者随波一起运动 应无感觉 若v v0 表示若观察者前面已有波存在 则观察者将追上前面的波 他将感觉到波仿佛迎面而来 即波源好像在向相反的方向运动 结论 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增加 即观察者接收到的频率变大于波源的频率 3 观察者不动 波源靠近 远离 观察者运动时 观察者静止 波源以速度u向着观察者或背离观察者运动 这种情况是波源边发波边运动 波速保持不变 而波源发出的波被挤压或被拉伸 即相当于波长缩短或伸长 其值为 所以 当波源背离观察者运动时 上式取正号 当波源靠近观察者运动时 上式取负号 由上式可知 当火车驶近站在铁路旁的人时 f f0 人感到汽笛的音调变高 远离站在铁路旁的人时 f f0 人感到汽笛的音调变低 波源和观察者同时相对介质运动 由于观察者运动 波相对观察者的速度为 由于波源运动 波长已变为 所以 观察者感觉到的频率为 波源发出的频率 究竟运动和频率的关系如何 等于 大于 大于 小于 小于 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 如果二者远离 观察者接收到的频率减小 在观察者运动的情况下 引起观察者接收频率的改变 是由于波通过观察者时的速度增大或减小 在波源运动的情况下 引起观察者接收频率的改变 是由于波长缩短或伸长 四 小结 1 根据多普勒效应 下列说法中正确的是 a 当波源和观察者发生运动时 观察者接受到的频率一定和波源发出的频率不同b 当波源和观察者相向运动时 观察者接受到的频率一定比波源发出的频率高c 当波源和观察者同向运动时 观察者接受到的频率一定比波源发出的频率低d 当波源和观察者反向运动时 观察者接受到的频率可能比波源发出的频率高 b 五 小试牛刀 2 如图表示产生机械波的波源s做匀速运动的情况 图中的圆表示波峰 该图表示的是 a 干涉现象b 衍射现象c 反射现象d 多普勒效应 波源正在移向 a a点b b点c c点d d点 观察到波的频率最低的点是 a a点b b点cc点d d点 d a b 3 如图所示 让小球p一边贴水面每秒振动5次 一边沿x轴正方向匀速移动 o点是它的初始位置 图示为观察到的某一时刻的水面波 图中的实线表示水面波的波峰位置 那么此水面波的传播速度及小球p匀速移动的速度分别是 a 0 05m s 0 025m sb 0 1m s 0 05m sc 0 15m s 0 125m sd 0 2m s 0 1m s x cm d 解析 由图可知 小球p从开始振动算起发出10个完全波 这段时间应为10倍周期即为2s 小球初始时刻在x 0处 它沿x轴正方向运动 最后运动到x 20cm处 小球p匀速移动的速度为u 0 2 2 0 1m s 在此过程中 波传播的距离为40cm 波速v 0 4 2 0 2m s 4 以速度u 20m s奔驰的火车 鸣笛声频率为275hz 已知常温下空气中的声速v 340m s 当火车驶来时 站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少 当火车驶去时 站在铁道旁的观察者听到的笛声频率是多少 5 如图 s为波源 p点有一个观察者 已知波源的频率为20hz 则关于人听到的声音频率为 a 当波源s以17m s的速度远离观察者运动时频率为19hzb 当波源s以17m s的速度靠近观察者运动时频率为21hzc 当观察