3.2+多普勒效应ppt课件

1、 由于波源、探测器的相对运动而引起的探由于波源、探测器的相对运动而引起的探测器的接收频率与波源的发射频率不等的现象，测器的接收频率与波源的发射频率不等的现象，称为多普勒效应。称为多普勒效应。一、描述波动的几个物理参量一、描述波动的几个物理参量 二、机械波的多普勒效应二、机械波的多普勒效应三、多普勒效应的应用三、多普勒效应的应用18.7 多普勒效应多普勒效应一、描述波动的几个物理参量一、描述波动的几个物理参量 波速波速u u 与介质和波的类型有关，与波源无关。与介质和波的类型有关，与波源无关。 波一旦从波源发出，就忘了自己的来源，而以波一旦从波源发出，就忘了自己的来源，而以 介质给定的特定速度在

2、介质中传播。介质给定的特定速度在介质中传播。波长波长 一个完整波形在介质中沿波线展开的长度。一个完整波形在介质中沿波线展开的长度。频率频率 单位时间内，通过介质中某点的完整波形数。单位时间内，通过介质中某点的完整波形数。s：波源的振动频率。：波源的振动频率。R：探测器的接收频率：探测器的接收频率波通过探测器的速率波通过探测器的速率探测器处的波长探测器处的波长u二、机械波的多普勒效应二、机械波的多普勒效应 以介质作参考系；以介质作参考系； 波源、探测器的运动发生在两者的连线上；波源、探测器的运动发生在两者的连线上；SR 解决由于解决由于 S S、R R 的相对运动的相对运动R与与S的关系。的关系

3、。(00)SR1. 1. 波源和接收器均静止：波源和接收器均静止：SRRu波通过探测器的速率波通过探测器的速率探测器处的波长探测器处的波长分四种情况分析：分四种情况分析：RS, u均不变均不变2. 2. 波源静止，接收器运动：波源静止，接收器运动：(00)SRRSR R 迎着源迎着源SRuu R 背着源背着源SRRuRSuuRuuRRuRSuuRSR结论：结论：当波源当波源S不动，探测器不动，探测器R运动时，介质中波长运动时，介质中波长不变，相当于改变了波的传播速度。不变，相当于改变了波的传播速度。3. 3. 波源运动，接收器静止：波源运动，接收器静止：(00)SR uuSsv 观察者观察者S

4、RS观察者观察者S 从波面上分析：从波面上分析：S 不动时：不动时：S 运动时：运动时： 从波形上分析：从波形上分析：SPuTSST此时通过此时通过P点的完整点的完整波形的长度：波形的长度：STSuTTSSuRSSuuu同理，若同理，若S背离背离P运动，那么运动，那么STSSuRSSuu结论：结论：当波源当波源S运动时，介质中波长发生了变化，且运动时，介质中波长发生了变化，且相向运动时波长变短，相背运动时波长变长。相向运动时波长变短，相背运动时波长变长。水波的多普勒效应波源向左运动）水波的多普勒效应波源向左运动）4. 4. 波源和接收器都运动波源和接收器都运动SRSR(00)SR由于接受器运动

5、：由于接受器运动：Ruu由于波源运动：由于波源运动：STSSuRRSSuuu 多普勒频移公式多普勒频移公式 （迎：加（迎：加 背：减）背：减） （迎：减（迎：减 背：加）背：加）正负号选择与正负号选择与2、3情况相同情况相同相迎：相迎：RS相背：相背：RS说明说明1) R、S 运动任意运动任意SRSRcoscosRRSSuu如果垂直连线运动，如果垂直连线运动，机械波：只有纵向效应，没有横向效应机械波：只有纵向效应，没有横向效应RS无多普勒效应无多普勒效应（不在二者连线上）（不在二者连线上）取其速度在连线上的分量取其速度在连线上的分量 （纵向分量）（纵向分量）2) 2) 光的多普勒效应光的多普勒

6、效应RSccc c 光速光速 光源相对接收器的速度光源相对接收器的速度3) 激波激波 ut Su0R时，时， 当波源速度超过波速时，任意时刻波源本身后发当波源速度超过波速时，任意时刻波源本身后发出的波面将超越先发出波的波面，在波源前方不可能出的波面将超越先发出波的波面，在波源前方不可能有任何波动产生，形成冲击波。有任何波动产生，形成冲击波。形成圆锥形波阵面形成圆锥形波阵面马赫锥马赫锥SSStsinSuSu马赫数马赫数超音速的子弹超音速的子弹在空气中形成在空气中形成的激波的激波（马赫数为（马赫数为2 2 ） 三、多普勒效应的应用三、多普勒效应的应用 1测量天体相对地球的视线速度测量天体相对地球的

7、视线速度高红移星暴星系高红移星暴星系 远在宇宙远在宇宙“边缘的边缘的正在形成恒星的星系正在形成恒星的星系称为称为“星暴星系星暴星系”） 当光源远离观测者时，接受当光源远离观测者时，接受到的光波频率比其固有频率到的光波频率比其固有频率低，即向红端偏移，这种现低，即向红端偏移，这种现象被称为象被称为“红移红移”；当光源；当光源接近观测者时，接受频率增接近观测者时，接受频率增高，相当于向蓝端偏移，称高，相当于向蓝端偏移，称为为“蓝移蓝移”。红移是测定天。红移是测定天体之间距离的一种常规方法，体之间距离的一种常规方法，而运用这一方法的前提是承而运用这一方法的前提是承认宇宙大爆炸学说。认宇宙大爆炸学说。

8、 警察用多普勒测速仪测速警察用多普勒测速仪测速超声多普勒效应测血流速超声多普勒效应测血流速2技术上，测量运动物体的视线速度技术上，测量运动物体的视线速度 如飞机接近雷达的速度、汽车的行驶速度、人如飞机接近雷达的速度、汽车的行驶速度、人造卫星的跟踪、流体的流速等。造卫星的跟踪、流体的流速等。钱学森在力学的许多领域都做过钱学森在力学的许多领域都做过开创性工作。他在空气动力学方开创性工作。他在空气动力学方面取得很多研究成果，最突出的面取得很多研究成果，最突出的是提出了跨声速流动相似律，并是提出了跨声速流动相似律，并与卡门一起，最早提出高超声速与卡门一起，最早提出高超声速流的概念，为飞机在早期克服热流

9、的概念，为飞机在早期克服热障、声障，提供了理论依据，为障、声障，提供了理论依据，为空气动力学的发展奠定了重要的空气动力学的发展奠定了重要的理论基础。理论基础。 当物体通常是航天器运动速当物体通常是航天器运动速度到达声速之前度到达声速之前, ,阻力出现一个阻力出现一个非常突然的增加非常突然的增加, ,过了声速以后过了声速以后, ,阻力又开始下降阻力又开始下降, ,逐渐趋向正常逐渐趋向正常值值, ,这种阻力在声速附近突然上这种阻力在声速附近突然上升的现象就是所谓的声障现升的现象就是所谓的声障现象。象。 声障声障 已知信号声源：已知信号声源：01000Hz例例0.5Sm s330um sRS求求 (

10、1) R直接从直接从S接收到的信号频率接收到的信号频率1？(2) R从反射面接收到的信号频率从反射面接收到的信号频率2？(3) R接收到的拍频接收到的拍频？解解 S远离远离R10Suu33010003300.5998 Hz(2) S发射，反射面接收发射，反射面接收S靠近）靠近）0Suu1001Hz(3) 二波叠加二波叠加 （同方向，不同频率）（同方向，不同频率）1212拍频：拍频：123 Hz21001Hz反射面反射信号时，频率不变反射面反射信号时，频率不变 一右行波平面谐波方程为一右行波平面谐波方程为 例例1cos ()xyAtuyxouP则方程中各量的物理意义：则方程中各量的物理意义： t

11、t0时：时： xx0时：时： t (tx/u) x/u2x/0cos ()xyAtu0cos ()xyAtut0时刻的波形曲线时刻的波形曲线x0点的振动方程点的振动方程O点的振动初相点的振动初相O点点t 时刻的振动相位时刻的振动相位P点点t 时刻的振动相位时刻的振动相位P点比点比O点落后的相位点落后的相位 已知已知A点振动方程点振动方程例例2cos()yAt就下图不同坐标取法，分别写出波动方程和就下图不同坐标取法，分别写出波动方程和B的振动方程。的振动方程。2cos()xyAt2 ()cosxLyAtAyxouBlLyxouABlAyxouBl2cos()xyAt结论：结论： 同一列波在不同坐

12、标系中，波动方程形式不同；同一列波在不同坐标系中，波动方程形式不同；但振动状态传播的规律相同但振动状态传播的规律相同,如如B点振动方程相同。点振动方程相同。 已知两波动方程：已知两波动方程：例例3则二波传播方向？则二波传播方向？ O点初相？点初相？1cos2 () txyAT2cos2 () txyAT解解 从从t 时的波形曲线判断各点的振动方向：时的波形曲线判断各点的振动方向：uxuxx 右行波右行波 左行波左行波 驻波驻波一、波动方程的建立一、波动方程的建立 1. 1. 已知某点的振动方程及波的传播方向，选定坐标，已知某点的振动方程及波的传播方向，选定坐标，可写出波动方程。可写出波动方程。2. 2. 波动方程的物理意义：波动方程的物理意义：xx0 x0点振动方点振动方程程tt0 t0时刻波形曲时刻波形曲线线3. 3. 从波形曲线和传播方向，可求各点振动方程及波动方程。从波形曲线和传播方向，可求各点振动方程及波动方程。2TxtAPx二、波的叠加二、波的叠加 1. 1. 干预干预条件：条件：现象：现象：根据：根据：同频率、同方向、相差恒定同频率、同方向、相差恒定干涉区域振动强弱稳定分布干涉区域振动强弱稳定分布21212rr