高中物理競(jìng)賽輔導(dǎo)全套課件第19節(jié) 多普勒效應(yīng)

思考與討論

當(dāng)奔馳的列車向你駛來(lái)，并經(jīng)過(guò)你的身旁，而后又離開(kāi)你駛向遠(yuǎn)方，在這一過(guò)程中，你有沒(méi)有注意到你耳朵中聽(tīng)到的列車的鳴笛聲有什么特殊的現(xiàn)象？生活中的特殊現(xiàn)象

飛機(jī)飛近時(shí)，轟鳴聲越來(lái)越尖銳；飛機(jī)飛遠(yuǎn)時(shí)，轟鳴聲越來(lái)嘶啞。是不是飛機(jī)的轟鳴聲的頻率本身也發(fā)生了變化？多普勒效應(yīng)

單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出幾個(gè)完全波，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)就接收到幾個(gè)完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。1、波源和觀察者沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)多普勒效應(yīng)的成因2、觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)時(shí)

觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，即接收到的頻率增大。3、觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)

觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的頻率減少。

觀察者感覺(jué)到波變得密集，即波長(zhǎng)減小，接收到的頻率增大。

觀察者感到波變得稀疏，即波長(zhǎng)增大，接收到的頻率減少。1、波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)2、波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)多普勒效應(yīng)的成因§6.7多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng):波源或觀察者相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者感覺(jué)到的頻率和波源的真實(shí)頻率不相等,叫做多普勒效應(yīng).uR

:觀察者相對(duì)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度,接近波源為＋,反之為－.觀察者RS波源u

R:觀察者接收到的頻率(觀測(cè)頻率),觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整波形數(shù)目.

波源和觀察者都相對(duì)介質(zhì)靜止:

W

:

波的頻率,單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)介質(zhì)中某點(diǎn)的完整波形數(shù)目.

s:波源的頻率(發(fā)射頻率),波源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的完整波形數(shù)目.uS:波源相對(duì)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度,接近觀察者為＋,反之為－.觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的波形數(shù):2)觀察者遠(yuǎn)離波源

1.波源靜止,觀察者以速度uR

相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)SOuR1)觀察者接近波源在每個(gè)周期中,波源接近觀察者的距離為uSTS即每個(gè)波長(zhǎng)縮短了uSTS2.觀察者靜止,波源以速度uS

相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)1)波源接近觀察者SOSS’y—頻率變高2)波源遠(yuǎn)離觀察者

—頻率變低1)波源接近觀察者SS’y3.波源以u(píng)S

運(yùn)動(dòng),觀測(cè)者以u(píng)R

運(yùn)動(dòng)(相向?yàn)檎?由于波源的運(yùn)動(dòng),介質(zhì)中波的頻率:由于觀察者的運(yùn)動(dòng),觀察者的接收頻率與波的頻率:觀測(cè)頻率:1）觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)2）觀察者離波源運(yùn)動(dòng)1、波源不動(dòng)，觀察者相對(duì)波源運(yùn)動(dòng)多普勒效應(yīng)中觀測(cè)頻率的計(jì)算2、觀察者不動(dòng)，波源相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)1）波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)2）波源離觀察者運(yùn)動(dòng)結(jié)論:波源與觀察者相互接近時(shí),感覺(jué)到的頻率較高;波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí),感覺(jué)到的頻率較低.如果波源和觀察者的運(yùn)動(dòng)不在一直線上,只要考慮波源與觀察者在連線方向上的速度投影即可.5)衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)等.1)交通上測(cè)量車速;2)醫(yī)學(xué)上用于測(cè)量血流速度;3)天文學(xué)家利用電磁波多普勒紅移說(shuō)明大爆炸理論;4)用于貴重物品、機(jī)密室的防盜系統(tǒng);4.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用:當(dāng)vs

>>u時(shí),所有波前(包括新波前和舊波前,相位均相同)將被擠壓在一個(gè)圓錐面上,波的能量高度集中形成沖擊波或激波,如核爆炸,超音速飛行中的沖擊波等.

多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過(guò)程共有的特征，一切波（如電磁波和光波）都能發(fā)生多普勒效應(yīng)。應(yīng)用1、雷達(dá)測(cè)速儀：交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來(lái)時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。多普勒效應(yīng)的應(yīng)用應(yīng)用2、有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運(yùn)動(dòng)方向和快慢；有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時(shí)的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去。應(yīng)用3、用多普勒效應(yīng)測(cè)量其它星系向著還是遠(yuǎn)離地球運(yùn)動(dòng)的速率。

宇宙中的星球都在不停地運(yùn)動(dòng)．測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后跟地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照，就可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。應(yīng)用4、臨床上應(yīng)用：彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)

醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度．這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。多普勒效應(yīng)的應(yīng)用應(yīng)用5、軍事應(yīng)用(E-3“望樓”預(yù)警機(jī))脈沖多普勒雷達(dá)，多譜勒導(dǎo)航儀多普勒效應(yīng)的應(yīng)用例:

火車以20m/s的速度行駛,若機(jī)車汽笛的頻率為500Hz,問(wèn):(1)一靜止觀察者在機(jī)車前和機(jī)車后所聽(tīng)到的聲音頻率各為多少?(2)設(shè)另有一列火車上有乘客,當(dāng)該列火車以10m/s的速度駛近或駛離第一列火車,乘客聽(tīng)到的聲音頻率各為多少?(已知空氣中聲波的速率為340m/s)解:1、關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的B．多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率發(fā)生改變C．多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的D．只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)2、當(dāng)火車進(jìn)站鳴笛時(shí)，我們可聽(tīng)到的聲調(diào)（）A．變高B．不變高C．越來(lái)越沉D．不知聲速和火車車速，不能判斷CA課后練習(xí)3、下列說(shuō)法正確的是(在空氣中傳播)（）A、超聲波的傳播速度大于次聲波的傳播速度B、超聲波的傳播速度等于次聲波的傳播速度C、蝙蝠有發(fā)達(dá)的視覺(jué)D、蝙蝠有很完善的發(fā)射和接收超聲波的器官BD課后練習(xí)4、海豚具有完善的發(fā)射和接收超聲波器官，在一些重要性能上，如確定方位的靈敏度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代的無(wú)線電定位系統(tǒng)，它發(fā)射的波比無(wú)線電的微波（）A、速度快，方向性好B、頻率高，抗干擾能力強(qiáng)C、波長(zhǎng)小，傳播距離遠(yuǎn)D、在介質(zhì)中衰減小，傳播距離遠(yuǎn)D課后練習(xí)課后練習(xí)5、以速度u=20m/s奔馳的火車,鳴笛聲頻率為275Hz,已知常溫下空氣中的聲速v=340m/s。⑴當(dāng)火車駛來(lái)時(shí),站在鐵道旁的觀察者聽(tīng)到的笛聲頻率是多少？⑵當(dāng)火車駛?cè)r(shí),站在鐵道旁的觀察者聽(tīng)到的笛聲頻率是多少？292Hz260Hz6、一個(gè)觀察者在鐵路附近，當(dāng)火車駛近時(shí)，他聽(tīng)到的汽笛聲頻率為f1=440Hz，當(dāng)火車駛遠(yuǎn)時(shí)，他聽(tīng)到的頻率為f2=392Hz，在大氣中聲音速度為330m/s，求火車的速度？19m/s17.97、圖A是在高速公路上用超聲波測(cè)速儀測(cè)量車速的示意圖，測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào)，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號(hào)間的時(shí)間差，測(cè)出被測(cè)物體的速度.圖B中p1、p2是測(cè)速儀發(fā)出的超聲波信號(hào)，n1、n2分別是p1、p2由汽車反射回來(lái)的信號(hào).設(shè)測(cè)速儀