3.4多普勒效應及其應用

魯科2019第4節(jié)

多普勒效應及其應用高中物理選擇性必修一第3章機械波變調的聲音多普勒效應音調變化聲波的頻率發(fā)生變化說明救護車鳴笛聲的頻率并沒有變化是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化救護車與觀察者之間相對運動。01定義因波源與觀察者之間有相對運動而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應奧地利科學家多普勒C.Doppler,1803—1853導致多普勒效應用蜂鳴器等器材制作一個發(fā)聲裝置，可演示多普勒效應。為了保證安全，可將發(fā)聲裝置裝入網球中，用結實的繩子捆綁好并在室外進行實驗。甲同學站在某位置，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動（圖)。此時，乙同學站在離甲同學幾米之外的位置上靜止不動。甲、乙兩同學聽到蜂鳴器發(fā)出的聲音音調有什么變化？多普勒效應的解釋02解釋先了解兩個概念①波源振動的頻率f波源每完成一次全振動，便向外發(fā)出一個波長的波；而波源的頻率等于單位時間（如1S)內波源完成全振動的次數(shù)，所以波源振動的頻率等于單位時間內波源向外發(fā)岀完整的波的個數(shù)。②觀察者接收到的頻率f′

對觀察者來說，他接收到的波的頻率等于他在單位時間內接收到的完整的波的個數(shù)。多普勒效應的解釋當波源和觀察者都不動時觀察者接收到的波的頻率等于波源的頻率。多普勒效應的解釋當波源不動，觀察者以v0向波源運動時觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率。多普勒效應的解釋觀察者接收到的波的頻率小于波源的頻率。當波源不動，觀察者以v0遠離波源運動時模擬多普勒效應為了進一步理解多普勒效應，可做這樣一個模擬實驗:讓一隊人沿街行走，當觀察者站在街旁不動時，每秒鐘有三個人從他身邊經過。這種情況下，觀察者接收到的“頻率”是每秒三人。如果觀察者逆著隊伍前進方向行走，那么每秒內與觀察者相遇的人數(shù)就會增加，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。如果觀察者順著隊伍前進方向行走，每秒內與觀察者相遇的人數(shù)就會減少。多普勒效應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，波源向觀察者運動波源S發(fā)出球面波，每一波面的球心就是發(fā)出該波時波源所在的位置。當波源不運動時，波紋間距是均勻的；而當波源向右運動時，相當于波面的球心向右運動，波源右方的波面變得密集，波長變短；波源左方的波面變得稀疏，波長變長。因此，在波源右方的觀察者，單位時間內接收到完整的波的個數(shù)就增多，即接收到的頻率增大。多普勒效應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，波源遠離觀察者運動當波源向右運動時，波源右方的波面變得密集，波長變短；波源左方的波面變得稀疏，波長變長。因此，在波源左方的觀察者，單位時間內接收到完整的波的個數(shù)就減少，即接收到的頻率減少。多普勒效應當波源與觀察者沒有發(fā)生相對運動時，觀察者接收到的波的頻率不變，即等于波源的頻率；當波源與觀察者相互接近時，觀察者接收到的波的頻率增大；當波源與觀察者相互遠離時，觀察者接收到的波的頻率減小。03結論多普勒效應是波共有的特征光波、無線電波、微波等都能發(fā)生多普勒效應多普勒效應的應用交通警察可使用多普勒測速儀測定汽車的行駛速度，判斷車輛是否超速。測速儀向行進的汽車發(fā)射某個頻率的無線電波，無線電波遇到車輛發(fā)生反射，車輛相當于反射波的波源。測速儀接收到反射波，通過分析反射波的頻率就可顯示出車輛的行駛速度。多普勒效應的應用醫(yī)學上用來診斷人體心臟、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。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測定心臟跳動、血管血流快慢等情況，依此對病變作出診斷。多普勒效應的應用電磁波的多普勒效應為跟蹤目的物（如導彈、云層等）提供了一種簡便的方法。當目的物從遠處飛向地面監(jiān)測站上空，或從地面監(jiān)測站上空飛向遠處時，如果監(jiān)測站不斷發(fā)射