物理 第7章 波动4(多普勒效应).ppt

1、1,观察者接受到的频率有赖于波源或观察者相对介质运动的现象，称为多普勒效应。,当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者 听到的笛声变尖，即频率升高；相反，当 火车离开站台，听到的笛声频率降低。, 7.11 多普勒效应,一.现象与定义,二.分析,假设：波源和观察者的运动在两者的连线上。,2,表示波源相对于媒质的运动速度。,表示观察者相对于媒质的运动速度。,符号规定:,观察者趋近波源, 取正;背离波源,取负;,波源趋近观察者, 取正;背离观察者,取负;,u表示波在媒质中的速度,u恒正.,3,观察者接受到的频率 是观察者在单位时间内 接受到的振动数或完整的波数；,波的频率 是媒质质元在单位时间内振动的次

2、数 或单位时间内通过媒质某点的完 整波的个数。,波速 ，为单位时间内相位传播的速度。,波源的频率 是单位时间内波源振动的次数或 发出的完整波的个数；,若相对于媒质，波源和观察者都不动,波长 是波源相对于媒质静止时， 单位时间波在媒质中传播距离。,所以,4,若观察者以速度 离开波源运动， 同理可得观察者接受到的频率：,频率降低。,频率升高,因为此时波源的频 率就是波的频率,(1)相对于媒质，波源不动， 观察者以速度 向着波源运动。,5,因为波源所发出的相邻 的两个同相振动状态是 在不同地点发出的，这 两个地点相隔的距离为 。,（2） 相对于媒质,观察者不动， 波源以速度 向着观察者运动,式中 为

3、波源的周期。,如果波源是向着观察者 运动的，这后一地点到 前方最近的同相点之间 的距离是现在媒质中的波长,6,若波源静止时媒质中 的波长为,波源运动，在媒 质中的波长：,此时波的频率为：,由于观察者静止， 所以他接受到的 频率就是波的频率：,频率升高,7,当波源以速度 远离观察者运动时， 可得观察者接受到的频率：,频率降低,（3） 相对于媒质,波源和观察者同时运动,综上所述，可得当波源和观察者相向 运动时，观察者接受到的频率为：,当波源和观察者彼此离开时， 观察者接受到的频率为：,8,(1)假定波源和观察者在同一直线上运动，称为纵向多普勒效应。,讨论:,对于弹性波，不存在横向多普勒效应。因此，

4、如 果波源和观察者的运动不是沿它们连线方向（纵 向)，则以上公式中 应理解为波源和观察者在 它们连线方向上的速度分量(即纵向分量)。,9,(3)注意,观察者运动和波源运动,两者所产生的多普勒效应结果是不同的.,10,当光源远离接收器时，接收到的频率变小，因而波长变长，这种现象叫做“红移”。把来自星球的发光与地面同一元素的光谱比较，发现几乎都发生红移。这成为了“大爆炸”宇宙学理论的重要依据。,11,(5)当波源的速度超过波的速度时，将在媒质中激起半顶角为的圆锥形激震波。这个圆锥面叫马赫锥,其半顶角由下式给出:,飞机、炮弹等以超音速飞行时都会在空气中激起这种 波,称为冲击波.冲击波到达的地方,空气

5、压强突然增大.掠过物体时甚至会造成损害(声爆),需注意防范.,12,带电粒子在媒质中运动，其速度超过该媒质中的光速时（这光速小于真空中的光速C时)，会辐射锥形的电磁波，这种辐射称为切仑柯夫辐射。高能物理实验中利用这种现象来测定粒子的速度.,13,电磁波的多普勒效应也为跟踪人造地球卫星提供 了一种简便的方法。 如一卫星地面站确定远在 处的卫星位置变化 时，可以精确到 .,三.多普勒效应的应用:,监测车辆行驶速度,测量血液流速,14,卫星从位置1到2的过程中,向着跟踪站的速度分量减小,在从位置2到3的过程中,离开跟踪站的速度分量增加.因此,如果卫星不断发射恒定频率的无线电信号,则当卫星经过跟踪站上

6、空时,地面接收到的信号频率是逐渐减小的.如果把接收到的信号与接收站另外产生的恒定信号合成拍,则拍频可以产生一个听得见的声音.卫星经过上空时,这种声音的音调降低.,15,利用声波的多普勒效应可以测定流体的流速、 振动体的振动和潜艇的速度，还可以用来报 警和监测车速。在医学上，利用超声波的多 勒效应对心脏跳动情况进行诊断，如做超声 心动仪、多普勒血流仪等。,16,四.举例:,例1.教材P240 例7.6 运动的警笛,（2）对警笛后方的空气（中的观察者）来说，接收到的频率仅包含一种效应，即波源背离（观察者）运动。,分析:(1)观察者接收到的频率包含两种效应:观察者向着波源运动、波源背离观察者运动；,17,解：1)观察者接收到的频 率有：直接从远离它的波 源来的声音和经反射面反 射后的频率，两者形成拍。,反射面接收到的是向它接近的波源的频率；,反射面不动,所以反射面入射频率等于反射频率。,18,来自波源,由反射面,拍频,整理得：,且波源的速度 取正，由此解得：,19,2) 若波源不动，反射面 运动，观察者接收到的 频率有：直接从静止的 波源来的声音和经相向 运动的反射面反射后的 频率，两者形成拍。,反射面接收到的是“观察者”接近波源的频率；,因