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1、多普勒效应及应用第1页，本讲稿共26页1多普勒多普勒奥地利物理学家，他于奥地利物理学家，他于1842年第一次论证了相互年第一次论证了相互转动的双星系统所发射的转动的双星系统所发射的光的频率的微小变化，继光的频率的微小变化，继而又讨论了声源与观察者而又讨论了声源与观察者之间相对运动时，观察者之间相对运动时，观察者所接收的声波频率的变化。所接收的声波频率的变化。C.Doppler，1803-1853第2页，本讲稿共26页2一、多普勒效应原理一、多普勒效应原理v1、现象（、现象（1842年发现年发现）：当汽车或者火车向）：当汽车或者火车向你驶来时，感觉音调变高；当汽车或者火车你驶来时，感觉音调变高；
2、当汽车或者火车离你远去时，感觉音调变低（音调由频率决离你远去时，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）。定，频率高音调高；频率低音调低）。v2、多普勒效应多普勒效应：由于波源和观察者之间有：由于波源和观察者之间有相相对运动对运动，使观察者，使观察者感到频率变化感到频率变化的现象，称的现象，称为为多普勒效应。多普勒效应。第3页，本讲稿共26页3一、多普勒效应原理一、多普勒效应原理几个重要概念几个重要概念1、波源的频率、波源的频率（v）：单位时间内波源振动的次数）：单位时间内波源振动的次数 或或发出的发出的完整波完整波的个数。单位：的个数。单位：赫兹，赫兹，Hz。2、接收到的频
3、率、接收到的频率（v）：观察者在单位时间内接收到）：观察者在单位时间内接收到的的完整波完整波的个数。单位：的个数。单位：赫兹，赫兹，Hz。规定规定:vo表示表示观察者观察者相对于媒质的运动速度。相对于媒质的运动速度。vs表示表示波源波源相对于媒质的运动速度。相对于媒质的运动速度。u 表示波的传播速度表示波的传播速度第4页，本讲稿共26页4发射频率发射频率接收频率接收频率 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单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数波数.人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？讨论讨论只有波源与观察者相对静止时才相等只有
4、波源与观察者相对静止时才相等.第5页，本讲稿共26页51、波源不动波源不动，观察者相对介质以速度，观察者相对介质以速度 运动运动观察观察者接者接收的收的频率频率 观察者观察者向向波源运动波源运动观察者观察者远离远离波源波源第6页，本讲稿共26页6说明说明1v在在观察者运动观察者运动的情况下，引起观察者接收频的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于率的改变，是由于观测到的波的传播速度观测到的波的传播速度发生改变发生改变（波的波长不变）（波的波长不变）第7页，本讲稿共26页72、观察者不动，波源相对介质以速度、观察者不动，波源相对介质以速度 运动运动第8页，本讲稿共26页8A波源波源向向观察者运
5、动观察者运动观察观察者接者接收的收的频率频率 波源波源远离远离观察者观察者第9页，本讲稿共26页9说明说明2v在在波源运动波源运动的情况下，引起观察者接收频的情况下，引起观察者接收频率的改变，是由于率的改变，是由于观测到的波长发生改变观测到的波长发生改变（波的传播速度不变）（波的传播速度不变）第10页，本讲稿共26页103、波源与观察者同时相对介质运动、波源与观察者同时相对介质运动 若波源与观察者若波源与观察者不沿二者连线运动不沿二者连线运动观察者观察者向向波源运动波源运动+，远离远离 .波源波源向向观察者运动观察者运动 ，远离远离+.第11页，本讲稿共26页11运动和频率的关系列表运动和频率
6、的关系列表波源的运动波源的运动情况情况观察者运动观察者运动情况情况频率的关系频率的关系波源静止波源静止观察者静止观察者静止观观察察者者接接收收频频率率等于等于波波源源的的频频率率波源静止波源静止观察者观察者向向波波源运动源运动大于大于波源静止波源静止观察者观察者远离远离波源运动波源运动小于小于波源波源向向观察观察者运动者运动观察者静止观察者静止等于等于波源波源远离远离观观察者运动察者运动观察者静止观察者静止小于小于第12页，本讲稿共26页12总结总结v1、在多普勒效应中，、在多普勒效应中，波源的频率波源的频率是是不不改变改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运的，只是由于波源和观察者之间有相对
7、运动，观察者动，观察者感到感到频率发生了频率发生了变化变化。v2、多普勒效应是波动过程共有的特征，不、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仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。效应。第13页，本讲稿共26页135）卫星跟踪系统等卫星跟踪系统等.1）交通上测量车速（雷达测速仪）；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）；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；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；用于贵重物品、机密室的防盗系统；二、多普勒效应的应用二、多
8、普勒效应的应用第14页，本讲稿共26页14应用之一（应用之一（雷达测速仪雷达测速仪）v交通警察向行进中的交通警察向行进中的汽车发射一个已知频汽车发射一个已知频率的电磁波（通常是率的电磁波（通常是红外线红外线），波被运动的），波被运动的汽车反射回来时，接收汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度。此可指示汽车的速度。第15页，本讲稿共26页15应用之二（多普勒天气雷达应用之二（多普勒天气雷达尼克斯雷达）尼克斯雷达）v尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪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。进行探测的一种新型雷达。v由于雨滴和雪花运动
9、方式不同，雷达反射回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、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，并且能判确定风暴是不是向这个方向刮来，并且能判定速度的大小。定速度的大小。第16页，本讲稿共26页16应用之三（多普勒应用之三（多普勒B超或彩超仪）超或彩超仪）v多普勒多普勒B B超或彩超仪超或彩超仪：对：对运动的脏器和血流进行运动的脏器和血流进行检测的仪器。检测的仪器。v原理原理：
10、应用多普勒效应：应用多普勒效应原理，当声源与接收体原理，当声源与接收体（即探头和反射体）之（即探头和反射体）之间有相对运动时，回声间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种的频率有所改变，此种频率的变化称之为频率的变化称之为频移频移。第17页，本讲稿共26页17应用之四（多普勒胎心仪）应用之四（多普勒胎心仪）v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主要是用来做胎心监护的电子仪器仪器,多采用多采用超声超声多普勒技术，其超声剂量多普勒技术，其超声剂量要小。要小。v胎心监护目的：监查胎儿胎动是否异常，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。根据胎心状况，做出相应的
11、处理。第18页，本讲稿共26页18应用之五（多普勒声纳）应用之五（多普勒声纳）v舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚无垠的大海上，如何准确的沿无垠的大海上，如何准确的沿着既定的目标前进呢？着既定的目标前进呢？v多普勒声纳可以提供这种帮助。多普勒声纳可以提供这种帮助。v多普勒声纳是根据多普勒效应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研制的一种利用水下声波来测速和计程的精密仪器。速和计程的精密仪器。第19页，本讲稿共26页19应用之六（光谱线的红移应用之六（光谱线的红移宇宇宙膨胀学说的理论基础）宙膨胀学说的理论基础）v18481848年，法国物理学家斐索指出，注意年，
12、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的最佳效果。因此人们把光的多普勒效应称为多普勒称为多普勒-斐索效应。斐索效应。第20页，本讲稿共26页20应用之七应用之七v有经验的铁路工人可以从火车的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汽笛声判断火车的运动方向和快慢；慢；v有经验的战士可以从炮弹飞行时的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尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去。远去。第21页，本讲稿共26页21课后练习课后练习v1、关于多普勒效应，下列说法正确的是（）、
13、关于多普勒效应，下列说法正确的是（）vA.多普勒效应是由于波的干涉引起的多普勒效应是由于波的干涉引起的vB.多普勒效应说明波源的频率发生改变多普勒效应说明波源的频率发生改变vC.多普勒效应是由于波源与观察者之间相对多普勒效应是由于波源与观察者之间相对运动而产生的运动而产生的vD.只有声波才可以产生多谱勒效应只有声波才可以产生多谱勒效应v答案：答案：C第22页，本讲稿共26页22课后练习课后练习v2、当火车进站鸣笛时，我们可以听到的声调、当火车进站鸣笛时，我们可以听到的声调（）（）vA.变高变高vB.不变高不变高vC.越来越低沉越来越低沉vD.不知声速和火车车速，不能判断不知声速和火车车速，不能
14、判断v答案：答案：A第23页，本讲稿共26页23课后练习课后练习v3、以速度、以速度vs=20 m/s奔驰的火车，鸣笛声频率奔驰的火车，鸣笛声频率为为275Hz，已知常温下空气中的声速，已知常温下空气中的声速u=340 m/s。v（1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听到的频率是多少？到的频率是多少？v（2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听到的频率是多少？到的频率是多少？第24页，本讲稿共26页24解：解：（1 1）观察者不动，波源向观察者运动）观察者不动，波源向观察者运动（2 2）观察者不动，波源远离观察者）观察者不动，波源远离观察者第25页，本讲稿共26页25课后练习课后练习v4、一个观察者在铁路附近，当火车驶近时，、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他听到的汽笛声频率v1=440 Hz，当火车驶远，当火车驶远时，他听到的频率时，他听到的频率v2=392 Hz，在大气中声速，在大气中声速u=340 m/s，求火车的速度？，求火车的速度？第26页，本讲稿共26页26