多普勒效应与应用

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，1803-18531第一页，共26页。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。2第二页，共26页。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3第三页，共26页。发射频率接收频率

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.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.4第四页，共26页。1、波源不动，观察者相对介质以速度

运动观察者接收的频率

观察者向波源运动观察者远离波源5第五页，共26页。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）6第六页，共26页。2、观察者不动，波源相对介质以速度运动7第七页，共26页。A波源向观察者运动观察者接收的频率

波源远离观察者8第八页，共26页。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）9第九页，共26页。3、波源与观察者同时相对介质运动

若波源与观察者不沿二者连线运动观察者向波源运动+，远离

.波源向观察者运动

，远离+

.10第十页，共26页。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11第十一页，共26页。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。12第十二页，共26页。5）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13第十三页，共26页。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。14第十四页，共26页。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。15第十五页，共26页。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。

16第十六页，共26页。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。

17第十七页，共26页。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。18第十八页，共26页。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。19第十九页，共26页。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。20第二十页，共26页。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：C21第二十一页，共26页。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：A22第二十二页，共26页。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？23第二十三页，共26页。解：（1）观察者不动，波源向观察者运动（2）观察者不动，波源远离观察者24第二十四页，共26页。课后练习4、一个观察者在铁路附近，当