3.4多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用

魯科2019第4節(jié)

多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用高中物理選擇性必修一第3章機(jī)械波變調(diào)的聲音多普勒效應(yīng)音調(diào)變化聲波的頻率發(fā)生變化說(shuō)明救護(hù)車?guó)Q笛聲的頻率并沒有變化是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化救護(hù)車與觀察者之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)。01定義因波源與觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)奧地利科學(xué)家多普勒C.Doppler,1803—1853導(dǎo)致多普勒效應(yīng)用蜂鳴器等器材制作一個(gè)發(fā)聲裝置，可演示多普勒效應(yīng)。為了保證安全，可將發(fā)聲裝置裝入網(wǎng)球中，用結(jié)實(shí)的繩子捆綁好并在室外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。甲同學(xué)站在某位置，手持系有發(fā)聲裝置的繩子一端，使發(fā)聲裝置在頭頂上空快速轉(zhuǎn)動(dòng)（圖)。此時(shí)，乙同學(xué)站在離甲同學(xué)幾米之外的位置上靜止不動(dòng)。甲、乙兩同學(xué)聽到蜂鳴器發(fā)出的聲音音調(diào)有什么變化？多普勒效應(yīng)的解釋02解釋先了解兩個(gè)概念①波源振動(dòng)的頻率f波源每完成一次全振動(dòng)，便向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波；而波源的頻率等于單位時(shí)間（如1S)內(nèi)波源完成全振動(dòng)的次數(shù)，所以波源振動(dòng)的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源向外發(fā)岀完整的波的個(gè)數(shù)。②觀察者接收到的頻率f′

對(duì)觀察者來(lái)說(shuō)，他接收到的波的頻率等于他在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整的波的個(gè)數(shù)。多普勒效應(yīng)的解釋當(dāng)波源和觀察者都不動(dòng)時(shí)觀察者接收到的波的頻率等于波源的頻率。多普勒效應(yīng)的解釋當(dāng)波源不動(dòng)，觀察者以v0向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率。多普勒效應(yīng)的解釋觀察者接收到的波的頻率小于波源的頻率。當(dāng)波源不動(dòng)，觀察者以v0遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)模擬多普勒效應(yīng)為了進(jìn)一步理解多普勒效應(yīng)，可做這樣一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn):讓一隊(duì)人沿街行走，當(dāng)觀察者站在街旁不動(dòng)時(shí)，每秒鐘有三個(gè)人從他身邊經(jīng)過。這種情況下，觀察者接收到的“頻率”是每秒三人。如果觀察者逆著隊(duì)伍前進(jìn)方向行走，那么每秒內(nèi)與觀察者相遇的人數(shù)就會(huì)增加，也就是觀察者接收到的“頻率”增大。這種情景與觀察者逆著波的傳播方向走向波源的情況是相似的。如果觀察者順著隊(duì)伍前進(jìn)方向行走，每秒內(nèi)與觀察者相遇的人數(shù)就會(huì)減少。多普勒效應(yīng)的解釋觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率。如果觀察者不動(dòng)，波源向觀察者運(yùn)動(dòng)波源S發(fā)出球面波，每一波面的球心就是發(fā)出該波時(shí)波源所在的位置。當(dāng)波源不運(yùn)動(dòng)時(shí)，波紋間距是均勻的；而當(dāng)波源向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于波面的球心向右運(yùn)動(dòng)，波源右方的波面變得密集，波長(zhǎng)變短；波源左方的波面變得稀疏，波長(zhǎng)變長(zhǎng)。因此，在波源右方的觀察者，單位時(shí)間內(nèi)接收到完整的波的個(gè)數(shù)就增多，即接收到的頻率增大。多普勒效應(yīng)的解釋觀察者接收到的波的頻率小于波源的頻率。如果觀察者不動(dòng)，波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)當(dāng)波源向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源右方的波面變得密集，波長(zhǎng)變短；波源左方的波面變得稀疏，波長(zhǎng)變長(zhǎng)。因此，在波源左方的觀察者，單位時(shí)間內(nèi)接收到完整的波的個(gè)數(shù)就減少，即接收到的頻率減少。多普勒效應(yīng)當(dāng)波源與觀察者沒有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率不變，即等于波源的頻率；當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，觀察者接收到的波的頻率增大；當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的波的頻率減小。03結(jié)論多普勒效應(yīng)是波共有的特征光波、無(wú)線電波、微波等都能發(fā)生多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)的應(yīng)用交通警察可使用多普勒測(cè)速儀測(cè)定汽車的行駛速度，判斷車輛是否超速。測(cè)速儀向行進(jìn)的汽車發(fā)射某個(gè)頻率的無(wú)線電波，無(wú)線電波遇到車輛發(fā)生反射，車輛相當(dāng)于反射波的波源。測(cè)速儀接收到反射波，通過分析反射波的頻率就可顯示出車輛的行駛速度。多普勒效應(yīng)的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上用來(lái)診斷人體心臟、血管等疾病的彩色超聲多普勒診斷儀（圖3-43），其基本工作原理也利用了多普勒效應(yīng)。醫(yī)生先用其向人體組織發(fā)射高頻率的超聲波，再根據(jù)接收的反射超聲波頻率變化來(lái)測(cè)定心臟跳動(dòng)、血管血流快慢等情況，依此對(duì)病變作出診斷。多普勒效應(yīng)的應(yīng)用電磁波的多普勒效應(yīng)為跟蹤目的物（如導(dǎo)彈、云層等）提供了一種簡(jiǎn)便的方法。當(dāng)目的物從遠(yuǎn)處飛向地面監(jiān)測(cè)站上空，或從地面監(jiān)測(cè)站上空飛向遠(yuǎn)處時(shí)，如果監(jiān)測(cè)站不斷發(fā)射