第五节多普勒效应(2)

1、第五节第五节奥地利物理学家，数学家和天文学家。奥地利物理学家，数学家和天文学家。 1842年，他提出年，他提出“多普勒效应多普勒效应” ，因而闻，因而闻名于世。名于世。 1803年年11月月29日出生于奥地利的日出生于奥地利的萨尔茨堡萨尔茨堡 ，由于健康状况一直不好，他没，由于健康状况一直不好，他没有从事家族的石匠生意。有从事家族的石匠生意。1822 年开始在维年开始在维也纳工学院学习，他在数学方面显示出超也纳工学院学习，他在数学方面显示出超常的水平，常的水平，1825 年以各科优异的成绩毕业。年以各科优异的成绩毕业。之后他回到萨尔茨堡，教授哲学之后他回到萨尔茨堡，教授哲学, 后去维也后去维也

2、纳大学学习高等数学，力学和天文学。当纳大学学习高等数学，力学和天文学。当1829 学习结束的时候，他被任命为高等数学习结束的时候，他被任命为高等数学和力学教授助理，他在四年期间发表了学和力学教授助理，他在四年期间发表了四篇数学论文。之后又当过工厂的会计员，四篇数学论文。之后又当过工厂的会计员，技术中学教师，布拉格理工学院的兼职讲技术中学教师，布拉格理工学院的兼职讲师。师。1841年，才正式成为理工学院的数学年，才正式成为理工学院的数学教授。多普勒是一位严谨的老师。他曾经教授。多普勒是一位严谨的老师。他曾经被学生投诉考试过于严厉而被学校调查。被学生投诉考试过于严厉而被学校调查。1850年，委任为

3、维也纳大学物理学院的第年，委任为维也纳大学物理学院的第一任院长，三年后的一任院长，三年后的3月月17日在意大利的威日在意大利的威尼斯去世，年仅四十九岁。尼斯去世，年仅四十九岁。多普勒多普勒 克里斯琴克里斯琴约翰约翰Doppler Christian Johann ( 1803.11.29-1853.3.17)1、多普勒效应、多普勒效应( Doppler effect )因波源与观察者互相靠近或者互相远离因波源与观察者互相靠近或者互相远离时，而使观察者接收到的波的频率发生时，而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象。变化的现象。注意：频率由声源决定，实际频率并没有变化。2、多普勒效应的成因、多普

4、勒效应的成因 f = ff = ( 1+ v/V )ff = ( 1- v/V )fv为观察者相对于介质的为观察者相对于介质的运动速度运动速度 ，V为介质中波为介质中波速，速，f 为波源的原频率为波源的原频率 。（波的波长不变）（波的波长不变） f =f / ( 1 - u / V ) f =f / ( 1 + u / V )u为波源相对于介质的运动速度为波源相对于介质的运动速度（波的波速不变）（波的波速不变） 为简单起见，我们只讨论运动发生在波源与观为简单起见，我们只讨论运动发生在波源与观察者的连线上这一情形。察者的连线上这一情形。设：波源相对于介质的运动速度为设：波源相对于介质的运动速度为

5、 u， u 0 表示趋近于观察者表示趋近于观察者 u 0 表示趋近于波源表示趋近于波源 v 0 , 频率增加频率增加, 称称“蓝移蓝移”; (2) 当辐射源与观测者当辐射源与观测者彼此分离彼此分离时，即时，即 f 0 f f , 频率下降频率下降, 称称 “红移红移”。 (3) 光的纵向多普勒效应与经典多普勒效应光的纵向多普勒效应与经典多普勒效应 在定性上相似，但定量上不同在定性上相似，但定量上不同。起作用。起作用 的只是辐射源与观测者的相对速度，而的只是辐射源与观测者的相对速度，而 不必区分是光源还是观测者在运动。这不必区分是光源还是观测者在运动。这 是由于光的传播不依赖于任何媒体，在是由于

6、光的传播不依赖于任何媒体，在 两个相对运动的参考系中光速相同。两个相对运动的参考系中光速相同。 2、横向多普勒效应、横向多普勒效应 (垂直连线方向上运动垂直连线方向上运动) 横向多普勒效应是光所特有的。横向多普勒效应是光所特有的。由爱因斯坦膨胀关系：由爱因斯坦膨胀关系： T = T / ( 1- v2/c2 ) 1/2 f = f ( 1- v2/c2 ) 1/2结论结论：在运动辐射源横向观测到的频率比：在运动辐射源横向观测到的频率比 其固有频率小，其固有频率小， 即即 f f 。3、一般情形、一般情形 观测者与光源速度成观测者与光源速度成角的方向上观测到的角的方向上观测到的频率为：频率为：

7、f = f ( 1 - v2/c2 ) 1/2 / ( 1 - v cos/ c )而纵向公式和横向公式都是它的特例。而纵向公式和横向公式都是它的特例。应用应用:最先进的警用测速仪器最先进的警用测速仪器多普多普勒天勒天气雷气雷达达应用应用: 多普勒颈脑血液测速仪多普勒颈脑血液测速仪应用应用: 多普勒水流测速仪多普勒水流测速仪应用美国美国AH-64“阿帕奇阿帕奇”直升机直升机 多普勒导航系统多普勒导航系统法国幻影法国幻影2000战斗机战斗机多普勒频移观测法应用应用:多普勒胎心仪器多普勒胎心仪器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

8、C多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的D只有声波才可以产生多普勒效应课堂探究练习课堂探究练习2.当火车进站鸣笛时，我们可听到的声调_A变高B不变高C越来越沉D不知声速和火车车速，不能判断3.关于多普勒效应下列说法中正确的是关于多普勒效应下列说法中正确的是 A、只有声波才有多普勒效应、只有声波才有多普勒效应 B、光波也有多普勒效应、光波也有多普勒效应 C、只有机械波才有多普勒效应、只有机械波才有多普勒效应 D、电磁波不能发生多普勒效应、电磁波不能发生多普勒效应B 某波源的频率是100Hz,波速是100m/s, 观察者以10m/s的速度快速靠近波源,那么观察者接收到的波的频率是高了还

9、是低了?是多少Hz?若远离呢?频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动. u以表示声源的速度，V表示声波的速度(u V)，f 表示接收器接收到的频率.若u增大，则:A.f 增大, V 增大 B. f 增大, V 不变 C. f 不变, V 增大 D. f 减少, V 不变6.下面哪些应用是利用了多普勒效应？下面哪些应用是利用了多普勒效应？ A、利用地球上接收到遥远天体发出的光、利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度运动速度 B、交通警察向行进中的汽车发射一个已、交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的

10、汽车反射知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接受到的频率发生的变化来回来，根据接受到的频率发生的变化来知道汽车的速度知道汽车的速度 C、铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车、铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运行情况的运行情况 D、有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声确、有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声确定飞行炮弹是接近还是远去定飞行炮弹是接近还是远去ABD7.如下图由波源如下图由波源S发出的波某一时刻在介质发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷。平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷。设波源频率为设波源频率为10Hz，且不运动，而观察，且不运动，而观察者者1S内由内由A运动到运

11、动到B，观察者接收到多少，观察者接收到多少个完全波？设波速为个完全波？设波速为340m/s。则要让观。则要让观察者完全接受不到波，他要怎样运动？察者完全接受不到波，他要怎样运动？B答案答案:接收接收9个完全波个完全波远离波源以远离波源以340m/s的速度的速度运动运动思考题：一个警察监测车速，固定的监测仪发思考题：一个警察监测车速，固定的监测仪发出频率为出频率为 f =100KHz的超声波，当汽车向波源的超声波，当汽车向波源行驶时，行驶时，监测仪上监测仪上的接收器接收到从汽车反射的接收器接收到从汽车反射回来的波的回来的波的 f =110KHz，司，司机超速了吗？（已机超速了吗？（已知空气中的声速为知空气中的声速为u=330 m/s, 此路段限速为此路段限速为80mh ). 0v四、小结四、小结1 1、在观察者运动的情况下，引起观察者接、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速度发收频率的改变，是由于观测到的波的速度发生改变（波的波长不变）。生改变（波的波长不变）。2 2、在波源运动的情况下，引起观察者接收、在波源运动的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于观测到的波的波长发生频率的改