多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用

1、1 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 2 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 如果波源或觀察者或兩者都相對(duì)于介質(zhì)如果波源或觀察者或兩者都相對(duì)于介質(zhì) 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), 那么觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出那么觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出 的頻率就不相同的頻率就不相同. 這種現(xiàn)象叫做這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng). 3 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 所以，兩者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所以，兩者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 波源和觀察者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)

2、動(dòng)波源和觀察者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng) 已知：觀察者和波源的相對(duì)距離變近時(shí)已知：觀察者和波源的相對(duì)距離變近時(shí) 當(dāng)兩者的相對(duì)距離變遠(yuǎn)時(shí)當(dāng)兩者的相對(duì)距離變遠(yuǎn)時(shí) 注：正負(fù)號(hào)的取舍與前面相同注：正負(fù)號(hào)的取舍與前面相同 則則 f=(u+v)/ f=（u-v)/ 則則 f=(uv)/ 4 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 由上可知，不論是波源運(yùn)動(dòng)，還是觀由上可知，不論是波源運(yùn)動(dòng)，還是觀 察者運(yùn)動(dòng)，或是兩者同時(shí)運(yùn)動(dòng)，定性地說(shuō)，察者運(yùn)動(dòng)，或是兩者同時(shí)運(yùn)動(dòng)，定性地說(shuō)， 只要兩者互相接近，接收到的頻率就高于只要兩者互相接近，接收到的頻率就高于 原來(lái)波源的頻率；兩者

3、互相遠(yuǎn)離，接收到原來(lái)波源的頻率；兩者互相遠(yuǎn)離，接收到 的頻率就低于原來(lái)波源的頻率的頻率就低于原來(lái)波源的頻率. 5 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 這個(gè)圓錐面上，波的能量已被高度集中，容易這個(gè)圓錐面上，波的能量已被高度集中，容易 造成巨大的破壞，這種波稱(chēng)為造成巨大的破壞，這種波稱(chēng)為沖擊波沖擊波或或激波激波. 如果波源向著觀察者運(yùn)動(dòng)的速度大于波速如果波源向著觀察者運(yùn)動(dòng)的速度大于波速 (即即 )，那么在這種情況下，急速運(yùn)動(dòng)著，那么在這種情況下，急速運(yùn)動(dòng)著 的波源前方不可能有任何波動(dòng)產(chǎn)生，所有波前的波源前方不可能有任何波動(dòng)產(chǎn)生，所有波前 將被

4、積壓而聚集在一圓錐面上，如圖將被積壓而聚集在一圓錐面上，如圖 uv s 6 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 應(yīng)用之一：多普勒聲納應(yīng)用之一：多普勒聲納 艦艇、油輪、貨船行駛在艦艇、油輪、貨船行駛在 浩瀚無(wú)垠的大海上，如何準(zhǔn)確浩瀚無(wú)垠的大海上，如何準(zhǔn)確 的沿著既定的目標(biāo)前進(jìn)呢？的沿著既定的目標(biāo)前進(jìn)呢？ 多普勒聲納可以提供這種多普勒聲納可以提供這種 幫助幫助. 多普勒聲納是根據(jù)多普勒多普勒聲納是根據(jù)多普勒 效應(yīng)研制的一種利用水下聲波效應(yīng)研制的一種利用水下聲波 來(lái)測(cè)速和計(jì)程的精密儀器來(lái)測(cè)速和計(jì)程的精密儀器. 7 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)

5、用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 多普勒聲納一般安裝在船體底部，由一多普勒聲納一般安裝在船體底部，由一 個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器組成，如圖中個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器組成，如圖中 O 點(diǎn)點(diǎn). 此時(shí)，船上接收此時(shí)，船上接收 器接收到的頻率為：器接收到的頻率為： P O 船底 a 多普勒聲納原理簡(jiǎn)介多普勒聲納原理簡(jiǎn)介 v )cos/()cos( 0 vvuu 8 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 一般還在同一位置安裝一對(duì)向后的發(fā)射一般還在同一位置安裝一對(duì)向后的發(fā)射 器和接收器，此時(shí)它收到的頻率為：器和接收器，此時(shí)它收到的頻

6、率為： P O 船底船底 a v 由此可得：由此可得： /uv)(cos4 0 )cos/()cos( 0 vvuu 9 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 應(yīng)用之二：多普勒超聲診斷 探頭 皮膚 聲靶 我們以心臟病中的二尖瓣狹窄為例，說(shuō)明我們以心臟病中的二尖瓣狹窄為例，說(shuō)明 其診斷原理其診斷原理.利用超聲波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定利用超聲波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定 血流的速度，如果發(fā)現(xiàn)明顯的血流異常，則可血流的速度，如果發(fā)現(xiàn)明顯的血流異常，則可 以診斷二尖瓣狹窄，確定異常血流的深度以診斷二尖瓣狹窄，確定異常血流的深度. 10 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普

7、勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 光也存在多普勒效應(yīng)，但是涉及光也存在多普勒效應(yīng)，但是涉及狹義相狹義相 對(duì)論的相對(duì)性對(duì)論的相對(duì)性原理和原理和光速不變光速不變?cè)?，較復(fù)雜原理，較復(fù)雜. 在此我們僅作簡(jiǎn)單介紹在此我們僅作簡(jiǎn)單介紹.由相對(duì)論可得：由相對(duì)論可得： 注意：以上兩公式對(duì)電磁波同樣適用。注意：以上兩公式對(duì)電磁波同樣適用。 波源背離觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)，有波源背離觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)，有 波源朝著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)，有波源朝著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)，有 其中其中 為波源的速度為波源的速度 2/1 0 )c ()/c(vv 2/1 0 )c ()/c(vv v 11 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)

8、用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 1848年，法國(guó)物理學(xué)家斐索指出，注意譜線的年，法國(guó)物理學(xué)家斐索指出，注意譜線的 位置能夠取得觀測(cè)光的多普勒效應(yīng)的最佳效果位置能夠取得觀測(cè)光的多普勒效應(yīng)的最佳效果.因此，因此， 人們把光的多普勒效應(yīng)稱(chēng)為多普勒人們把光的多普勒效應(yīng)稱(chēng)為多普勒-斐索效應(yīng)斐索效應(yīng). 應(yīng)用之三：光譜線的紅移應(yīng)用之三：光譜線的紅移宇宙膨脹學(xué)說(shuō)的理論基礎(chǔ)宇宙膨脹學(xué)說(shuō)的理論基礎(chǔ) 多普勒-斐索效應(yīng) 12 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 應(yīng)用之四：監(jiān)測(cè)車(chē)輛的速度應(yīng)用之四：監(jiān)測(cè)車(chē)輛的速度 （電磁波的多普勒效應(yīng)）

9、（電磁波的多普勒效應(yīng)） 公路上用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛速度的監(jiān)測(cè)器，由微公路上用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛速度的監(jiān)測(cè)器，由微 波雷達(dá)發(fā)射器、探測(cè)器及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成波雷達(dá)發(fā)射器、探測(cè)器及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成. 2/1 0 )c ()/c(vv 可以設(shè)想，當(dāng)監(jiān)測(cè)雷達(dá)發(fā)射頻率為可以設(shè)想，當(dāng)監(jiān)測(cè)雷達(dá)發(fā)射頻率為 的的 微波被速度微波被速度 向其運(yùn)動(dòng)的車(chē)輛所接收后，微向其運(yùn)動(dòng)的車(chē)輛所接收后，微 波頻率變化為波頻率變化為 ，即即 0 v 13 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 然后，微波從運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)上被反射回去然后，微波從運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)上被反射回去. 從監(jiān)測(cè)器處所測(cè)得的反射波的頻

10、率為從監(jiān)測(cè)器處所測(cè)得的反射波的頻率為 ，即，即 )c ()/c( )c ()/c( 0 2/1 vv vv 所以，頻率差為所以，頻率差為 c/2)c (2 000 vv 如根據(jù)交通管理?xiàng)l例對(duì)汽車(chē)最高速率限如根據(jù)交通管理?xiàng)l例對(duì)汽車(chē)最高速率限 制為制為 ，那么拍頻的最大值，那么拍頻的最大值 是：是： m v m 0mm ) c/(2v 14 多普勒效應(yīng)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用 物理學(xué)物理學(xué) 第五版第五版 物理學(xué)應(yīng)用介紹物理學(xué)應(yīng)用介紹 應(yīng)用之五：預(yù)測(cè)天氣的雷達(dá)應(yīng)用之五：預(yù)測(cè)天氣的雷達(dá)多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá) 、 尼克斯雷達(dá)尼克斯雷達(dá) （電磁波的多普勒效應(yīng)）（電磁波的多普勒效應(yīng)） 尼克斯雷達(dá)是采用多普勒效應(yīng)對(duì)風(fēng)、雨、尼克斯雷達(dá)是采用多普勒效應(yīng)對(duì)風(fēng)、雨、 雪進(jìn)行探測(cè)的的一種新型雷達(dá)雪進(jìn)行探測(cè)的的一種新型雷達(dá). 因?yàn)椋甑魏脱┗ㄟ\(yùn)動(dòng)方式不同，雷達(dá)因?yàn)?，雨滴和雪花運(yùn)動(dòng)方式不同，雷達(dá) 反射回的波頻率也