多普勒效应(lou)

多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行一、引论汽车静止时,人听到声音的声调高低不变。汽车驶近时,人听到声音的声调变大。汽车远离时,人听到声音的声调变小。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行实例探讨(1)声调与频率的关系声调由频率决定,频率越大声调越高,频率越小声调越低。(2)现象总结汽车(声源)静止时,观察者感觉声调没有变化(频率不变);汽车驶近时,观察者感觉声调变高(频率变大);汽车远离时,观察者感觉声调变低(频率变小)。(3)探讨声调发生变化时,汽车对于观察者有相对运动;也就是说,声源与观察者之间有相对运动时,观察者感受到声波的频率发生了变化。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行奥地利物理学家克里斯琴·约翰·多普勒根据以上现象,分析、论证后于1842年提出：定义:若波源、观察者或两者均相对于媒质运动,则观察者接收到波在介质中的频率与波源的真实频率就不再相同了,为纪念这位伟大的物理学家,命名该现象为多普勒效应。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行二、多普勒效应的原理1波源静止，观察者相对于媒质运动2观察者静止，波源相对于媒质运动3波源与观察者同时相对于媒质运动vs:波源的运动速度;vo:观察者的运动速度;u:波速;f=1/T:波源频率；λ:波长多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行1波源静止，观察者相对于媒质运动(即vs=0,vo≠0)•vo(1.1)观察者以速度vo朝向静止波源运动SPuov由相对运动可知,此时波对观察者的相对速度应为:uʹ=u+vo;即观察者所感受到的波速为u+vo。由于波源静置,观察者所感受到的波长仍为:λʹ=λ=uT。因此,观察者所感受到波的频率应为：1(1)ooouvuvvuffuTuTu多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行fʹ=(1+vo/u)f当观察者朝向静止的波源运动时,在媒质中所接收到波的频率fʹ大于波源频率f。SPuov多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行(1.2)观察者以速度vo远离静止波源运动uSPov同理可知，远离时波对观察者的相对速度应为:uʹ=u-vo;即观察者所感受到的波速为u-vo。而波源静置,观察者所感受到的波长仍为:λ=uT。因此,此时观察者所感受到波的频率应为：1(1)ooouvuvvuffuTuTu多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行uSPovfʹ=(1-v/u)f当观察者远离静止波源运动时,在媒质所接收到的波的频率fʹ小于波源频率f。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行2观察者静止，波源相对于媒质运动(即vo=0,vs≠0)(2.1)波源以速度vs朝向静止的观察者运动PuTsv1S2S一个T内波源朝向观察者移动的距离为vsT,则观察者所感受到波在介质中的波长被压缩了(即红线部分),变为：λʹ=λ-vsT=(u-vs)T，即观察者感受到的波长为(u-vs)T波速不变(仍为u),故观察者在介质中所感受到波的频率变为：1()()()sssuuuuffuvTuvTuv多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行PuTsv1S2Sfʹ=[u/(u-vs)]f当波源朝向静止的观察者运动时,在媒质所接收到的波的频率fʹ大于波源频率f。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行(2.2)波源以速度vs远离静止的观察者运动Pu2S1STsv一个T内波源离开观察者移动的距离为vsT,则观察者所感受到波在介质中的波长被延长了(即红线部分),变为：λʹ=λ+vsT=(u+vs)T,即观察者感受到的波长为(u+vs)T波速不变(仍为u),则观察者在介质中所感受到波的频率变为：1()()()sssuuuuffuvTuvTuv多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行Pu2S1STsvfʹ=[u/(u+vs)]f当波源远离静止的观察者运动,在媒质中所接收到的波的频率fʹ小于波源频率f。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行3波源与观察者同时相对于媒质运动(即vs≠0,vo≠0)波源静止而观察者运动时,观察者在媒质中感受的波速发生了变化,即：朝向静置波源运动:uʹ=u+vo(变大)远离静置波源运动:uʹ=u-vo(变小)观察者静止而波源运动时,观察者在媒质感受的波长发生了变化,即：朝向静止观察者运动:λʹ=λ-uT(压缩)远离静置观察者运动:λʹ=λ+uT(延长)因此两者同时相对于介质运动时,则有：souvuffuvm多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行由以上理论分析可知,不论是波源运动,还是观察者运动,或者两者同时运动;定性地说,只要两者互相接近,观察者接收到的频率就高于波源频率;两者互相远离,接收到的频率就低于波源频率。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行当vsu时,所有波前将聚集在一个圆锥面上,波的能量高度集中形成冲击波或激波,如核爆炸、超音速飞行等。•幻灯片18•幻灯片18多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行三、多普勒效应的应用多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理、导航等领域都有广泛应用。如根据“红移”、“蓝移”对宇宙大爆炸理论的研究,根据光波的横向多普勒效应验证相对论时间膨胀结论,利用多普勒频移信息测矿浆流速、流量、汽车速度的测量、导航,等等。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行1监测车辆速度(电磁波的多普勒效应)电磁波也存在多普勒效应,但涉及狭义相对论的相对性原理和光速不变原理,其推导过程比较复杂,在此仅作简单介绍。由相对论可得：波源背离观测者运动，有波源朝着观测者运动，有其中v为波源的速度1/20[(c)/(c)]ffvv1/20[(c)/(c)]ffvv多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行公路上用于监测车辆速度的监测器主要是由微波雷达发射器、探测器及数据处理系统等组成。如果监测雷达发射频率为f0的微波,被速度为v且朝其运动的车辆接收后,微波频率变化为fʹ:fʹ=f0[(c+v)/(c-v)]1/2然后,微波从运动的汽车上被反射回去,被探测器测得的反射波的频率为f,则为：f=fʹ[(c+v)/(c-v)]1/2=f0[(c+v)/(c-v)]则频移(俗称“拍频”)为:Δf=f-f0=2f0v/(c-v)≈2f0v/c若根据交通管理条例对汽车最高速率限制为vmax,则拍频的最大值为:Δfmax=2f0vmax/c多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行2多普勒彩超当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率有所改变,该频率变化称为频移;再利用自相关技术对多普勒频移进行处理可获得的血流信号,经彩色编码后实时地叠加在二维图像上形成彩色多普勒超声血流图像。因此,彩超既具有二维超声结构图像的优点,同时又可提供血流动力学的丰富信息,在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行3多普勒导航利用多普勒效应实现无线电导航的机载系统。它由脉冲多普勒雷达、航向姿态系统、导航计算机和控制显示器等组成。多普勒雷达测得的飞机速度信号与航向姿态系统测得的飞机航向、俯仰、滚转信号一并送入导航计算机,计算出飞机的地速矢量并对地速进行连续积分等运算,得出飞机当时的位置。利用这个位置信号进行航线等计算,实现对飞机的引导。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行4运用多普勒效应分析MH370卫星信号定结论据CNN报道，国际海事卫星组织高级副总裁克里斯·麦克洛林表示,该公司正是运用“多普勒效应”分析了MH370向卫星发出的信号,才得出“MH370航班沿着南部走廊飞行,其最后的位置是在南印度洋中央”最新结论。这一新的算法通过了来自美国宇航局专家的同行评议,也获得了波音公司的支持。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行5天气探测雷达天气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。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行6农业中的多普勒效应植物声频控制技术是建立在植物经络系统的理论基础上,利用He-Ne激光多普勒效应测振仪,精确地测定出植物自发声和接受声的频率,并测定出植物自发声频率与环境因子(如温度、湿度及组织含水量)之间的关系,进行频谱分析后,进而研制了植物声频发生器。利用声频发生器对植物施加特定频率的声波,与植物发生共振,促进各种营养元素的吸收、传输和转化,从而增强植物的光和作用和吸收能力,促进生长发育，达到增产、增收、优质、抗病的目的。多普勒效应及其应用明德砺志博学笃行