高二物理竞赛多普勒效应课件

振动频率接收频率讨论§20.10多普勒效应一.多普勒效应1.若波源与接受器相对于介质均为静止：介质中各点的振动频率(波的频率)与波源的频率相同，接收器接收到的频率和波的频率相同接收器接收到的频率与波源的频率相同。波源和接收器都不动2.若波源或观察者(接受器)或两者同时相对于介质在运动，观察者接收到的频率不同于波源频率，这种现象称为多普勒效应。二.分析为简单起见，我们仅讨论接收器与声源沿同一直线运动的特殊情况。设：声源S

相对于介质的运动速度为vS，接收器相对于介质的运动速度为vR，声波在介质中的传播速度仍用u表示。规定：声源趋近接收器时，vS

取正值；声源背离接收器时，vS

取负值。接收器趋近声源时，vR

取正值；接收器背离声源，vR

取负值。波速u

恒为正值。区分：波源的频率νS，接收器接受到的频率νR，波的频率ν。波源的频率νS：波源在单位时间内振动的次数，或单位时间内发出的“完整波”的个数；接收器接受到的频率νR：接收器单位时间内接受到的振动次数或完整波数。波的频率ν：介质质元在单位时间内振动的次数或单位时间内通过介质中某点的完整波的个数。(1)相对于介质波源不动，接收器以速度vR

运动。当接收器向着静止波源运动时SvRuvR接收器在单位的时间内多接受了一些完整波数由于波源静止，故表明：当接收器向着静止波源运动时，接受到的频率为波源频率的倍。当接收器离开静止波源运动时，类似可得(2)相对于介质接收器不动，波源以速度vS

运动。若波源向着接收器运动SvS••••••SvSvSTSuTS波源运动时，波的频率

接收器接受到的相邻两次同相振动的距离即为介质中的波长：波的频率由于接收器静止，故接受到的频率即为波的频率同理，若波源远离接收器运动，则(3)相对于介质波源和接收器同时运动。当波源和接收器相向运动时，接收器接收到的频率为当波源和接收器彼此离开时，接收器接收到的频率为三.电磁波（光波）的多普勒效应电磁波的传播无需介质，故只考虑光源和接收器之间的相对速度。二者相互接近时：二者相互远离时：由此可知：当光源远离接收器运动时，接收到的频率变小，因而波长变长——“红移”多普勒效应为宇宙膨胀理论提供了依据多普勒效应对宇宙膨胀理论提供了依据对遥远星体发来的光进行光谱分析，发现光谱线的位置相对于地球上实验室中测定的同种元素光谱线位置，存在着明显的偏移，并且，总是移向光谱的长波端(低频端)。这就是所谓光谱的红移，它是由发光星体(光源)运动的多普勒效应所引起的。测出谱线移动数值，便可估算星体的运行速度。根据地球上观察者对遥远星体所观测到的上述红移事实，表明宇宙中所有星体总是远离地球而去，即宇宙在膨胀。从而，为宇宙膨胀理论提供了实验支持。宇宙既在膨胀着，那么，早期的宇宙应该小于现今的宇宙，而可能只占有一个较小的空间区域，其中的物质处于高度密集状态。按照目前提出的宇宙大爆炸理论，认为今天的宇宙是在大约1010年以前，发生于一个较小空间区域内的一次大爆炸演化而成的。所有波的前沿形成一个圆锥面——马赫锥超音速飞机在空气飞行会形成冲击波或激波；速度高于水面波的高速船只在湖面上行驶会形成艏波；在透明介质中穿行、其速度超