多普勒效應(yīng)原理及應(yīng)用

1、多普勒效應(yīng)原理及應(yīng)用多普勒效應(yīng)及應(yīng)用在之前的波的學(xué)習(xí)中，實(shí)際上是假定波源、媒介和觀察者都是相對(duì)靜止的，因 此觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率相同。但如果波源或觀察者或兩者都相對(duì) 與媒介運(yùn)動(dòng)，并在兩者連線方向上有相向或相反的運(yùn)動(dòng)分量時(shí)，觀察者接收的頻率 乂將如何變化，這便是多普勒研究的內(nèi)容。一、多普勒效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家。一天，他正路過(guò)鐵路交叉處，恰逢一 列火車從他身旁馳過(guò)，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時(shí)汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近 而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)酰粽{(diào)變低。他對(duì)這個(gè)物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進(jìn)行了研究。 發(fā)現(xiàn)這是山于振源與觀察者之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者聽(tīng)到的聲音頻率

2、不同于 振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，物體輻射的波長(zhǎng)因?yàn)楣庠?和觀測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面，波被圧縮，波長(zhǎng)變得較短， 頻率變得較高（藍(lán)移）。在運(yùn)動(dòng)的波源后面，產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長(zhǎng)變得較長(zhǎng)，頻 率變得較低（紅移）。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)光波紅/藍(lán)移的程 度，可以計(jì)算出波源循著觀測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀 測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度。除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都 很小。所有波動(dòng)現(xiàn)象無(wú)論是機(jī)械波還是電磁波都存在多普勒效應(yīng)。二、多普勒效 應(yīng)的原理假設(shè)原有波源的波長(zhǎng)為入，波速為u,觀察者移動(dòng)速度為Vr。1、聲波中

3、的原 理設(shè)聲源的頻率為v,聲波在媒質(zhì)中的速度為V,波長(zhǎng)X=V/vo聲波在媒質(zhì)中傳 播的速度與波源是否運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，故總是以決定于媒質(zhì)特性的速度V來(lái)傳播。波的頻 率數(shù)值總是等于每秒鐘通過(guò)媒質(zhì)中某一固定點(diǎn)的完整波形的數(shù)U O下面分三種情況 討論：a s b、c、綜上所述，不論是二者誰(shuí)運(yùn)動(dòng)，只要兩者互相接近接收到的聲波頻率就高于聲 源頻率;互相遠(yuǎn)離，接收到的聲波頻率低于聲源振動(dòng)頻率。以上討論是假設(shè)聲源與 觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在二者連線上。若運(yùn)動(dòng)方向不在二者的連線上，分析表明，波源 或觀測(cè)者在垂直于連線方向的運(yùn)動(dòng)不影響接收頻率，即聲學(xué)中沒(méi)有橫向多普勒效應(yīng)。2、光波中的原理觀察者在坐標(biāo)系原點(diǎn)觀察一沿x軸正方向以

4、速度u運(yùn)動(dòng)的光源發(fā)光的頻率，觀 察得到的光頻率（其中u為光源的運(yùn)動(dòng)速 度大?。?。若光源運(yùn)動(dòng)速度u與x軸方 向相反，則觀察者觀察到的光頻率f與光源固有頻率fO間的關(guān)系 變?yōu)槿?、多普勒效?yīng)的應(yīng)用1、醫(yī)學(xué)中，聲波的多普勒效應(yīng)也可以用于醫(yī)學(xué)的診斷，也就是我們平常說(shuō)的 彩超。超聲頻移診斷法，即，超，此法應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理，超包括脈沖多普勒、 連續(xù)多普勒和彩色多普勒血流圖像。彩色多普勒超聲一般是用自相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多普 勒信號(hào)處理，把自相關(guān)技術(shù)獲得的血流信號(hào)經(jīng)彩色編碼后實(shí)時(shí)地疊加在二維圖像 上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。為了檢查心臟、血管的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解血液 流動(dòng)速度，可以通過(guò)發(fā)射超聲來(lái)實(shí)現(xiàn)。山于血管內(nèi)的

5、血液是流動(dòng)的物體，所以超聲 波振源與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的血液間就產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。血管向著超聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射波的 波長(zhǎng)被壓縮，因而頻率增加。血管離開(kāi)聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，因而在 單位時(shí)向里頻率減少。反射波頻率增加或減少的量，是與血液流運(yùn)速度成正比，從 而就可根據(jù)超聲波的頻移量，測(cè)定血液的流速。我們知道血管內(nèi)血流速度和血液 流量，它對(duì)心血管的疾病診斷具有一定的價(jià)值，特別是對(duì)循環(huán)過(guò)程中供氧情況，閉 鎖能力，有無(wú)紊流，血管粥樣硬化等均能提供有價(jià)值的診斷信息。超聲多普勒法 是這樣診斷心臟的:超聲振蕩器產(chǎn)生一種高頻的等幅超聲信號(hào)，激勵(lì)發(fā)射換能器探 頭，產(chǎn)生連續(xù)不斷的超聲波，向人體心血管器官發(fā)射，當(dāng)超聲波束遇到運(yùn)動(dòng)的臟器 和血管時(shí)，便產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，反射信號(hào)就為換能器所接受，就可以根據(jù)反射波與 發(fā)射的頻率差異求出血流速度，根據(jù)反射波以頻率是增大還是減小判定血流方向。2、交通中，雷達(dá)測(cè)速儀，交通警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時(shí) 測(cè)量反