多普勒效应及应用

1多普勒效应及应用一、多普勒效应原理二、多普勒效应的应用2多普勒奥地利物理学家，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，1803-18533一、多普勒效应原理1、现象（1842年发现）：当汽车或者火车向你驶来时，感觉音调变高；当汽车或者火车离你远去时，感觉音调变低（音调由频率决定，频率高音调高；频率低音调低）。2、多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象，称为多普勒效应。4一、多普勒效应原理几个重要概念1、波源的频率（v）：单位时间内波源振动的次数或发出的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。2、接收到的频率（v’）：观察者在单位时间内接收到的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。规定:vo表示观察者相对于媒质的运动速度。vs表示波源相对于媒质的运动速度。u表示波的传播速度5发射频率s接收频率接收频率——单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数.s?人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？讨论只有波源与观察者相对静止时才相等.61、波源不动，观察者相对介质以速度运动ov观察者接收的频率uuo'v观察者向波源运动观察者远离波源uuo'v7说明1在观察者运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于观测到的波的传播速度发生改变（波的波长不变）82、观察者不动，波源相对介质以速度运动sv9bAs'sTsvuTuuTTbs'vTuTs'1'vsvuus'vuu波源向观察者运动观察者接收的频率波源远离观察者s'vuu10说明2在波源运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于观测到的波长发生改变（波的传播速度不变）113、波源与观察者同时相对介质运动),(osvvso'vvuu若波源与观察者不沿二者连线运动ovsvo'vs'vso'''vvuuov观察者向波源运动+，远离.波源向观察者运动，远离+.sv12运动和频率的关系列表波源的运动情况观察者运动情况频率的关系波源静止观察者静止观察者接收频率等于波源的频率波源静止观察者向波源运动大于波源静止观察者远离波源运动小于波源向观察者运动观察者静止等于波源远离观察者运动观察者静止小于13总结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。145）卫星跟踪系统等.1）交通上测量车速（雷达测速仪）；2）医学上用于测量血流速度（多普勒检查）；3）天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论；4）用于贵重物品、机密室的防盗系统；二、多普勒效应的应用15应用之一（雷达测速仪）交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是红外线），波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度。16应用之二（多普勒天气雷达—尼克斯雷达）尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪进行探测的一种新型雷达。由于雨滴和雪花运动方式不同，雷达反射回来的波频率也不同。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，就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。17应用之三（多普勒B超或彩超仪）多普勒B超或彩超仪：对运动的脏器和血流进行检测的仪器。原理：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。18应用之四（多普勒胎心仪）多普勒胎心仪主要是用来做胎心监护的电子仪器,多采用超声多普勒技术，其超声剂量要小。胎心监护目的：监查胎儿胎动是否异常，根据胎心状况，做出相应的处理。19应用之五（多普勒声纳）舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚无垠的大海上，如何准确的沿着既定的目标前进呢？多普勒声纳可以提供这种帮助。多普勒声纳是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速和计程的精密仪器。20应用之六（光谱线的红移——宇宙膨胀学说的理论基础）1848年，法国物理学家斐索指出，注意谱线的位置能够取得观测光的多普勒效应的最佳效果。因此人们把光的多普勒效应称为多普勒-斐索效应。21应用之七有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢；有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去。22课后练习1、关于多普勒效应，下列说法正确的是（）A.多普勒效应是由于波的干涉引起的B.多普勒效应说明波源的频率发生改变C.多普勒效应是由于波源与观察者之间相对运动而产生的D.只有声波才可以产生多谱勒效应答案：C23课后练习2、当火车进站鸣笛时，我们可以听到的声调（）A.变高B.不变高C.越来越低沉D.不知声速和火车车速，不能判断答案：A24课后练习3、以速度vs=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u=340m/s。（1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的频率是多少？（2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的频率是多少？25解：（1）观察者不动，波源向观察者运动(Hz)29227520340340vuu'vsv（2）观察者不动，波源远离观察者340×275340+20260(Hz)'suuvvv26课后练习4、一个观察者在铁路附近，当火车驶近时，他听到的汽笛声频率v’1=440Hz，当火车驶远时，他听到的频率v’2=392Hz，在大气中声速u=340m/s，求火车的速度？27解：设火车的速度为vs1'suuvvv由2'suuvvv可得12''ssuvuvvv进一步可得1212440-392×340440+392=19.6(m/s)''''svvvuvv=