第五節(jié)多普勒效應(2)

1、第五節(jié)第五節(jié)奧地利物理學家，數(shù)學家和天文學家。奧地利物理學家，數(shù)學家和天文學家。 1842年，他提出年，他提出“多普勒效應多普勒效應” ，因而聞，因而聞名于世。名于世。 1803年年11月月29日出生于奧地利的日出生于奧地利的薩爾茨堡薩爾茨堡 ，由于健康狀況一直不好，他沒，由于健康狀況一直不好，他沒有從事家族的石匠生意。有從事家族的石匠生意。1822 年開始在維年開始在維也納工學院學習，他在數(shù)學方面顯示出超也納工學院學習，他在數(shù)學方面顯示出超常的水平，常的水平，1825 年以各科優(yōu)異的成績畢業(yè)。年以各科優(yōu)異的成績畢業(yè)。之后他回到薩爾茨堡，教授哲學之后他回到薩爾茨堡，教授哲學, 后去維也后去維也

2、納大學學習高等數(shù)學，力學和天文學。當納大學學習高等數(shù)學，力學和天文學。當1829 學習結(jié)束的時候，他被任命為高等數(shù)學習結(jié)束的時候，他被任命為高等數(shù)學和力學教授助理，他在四年期間發(fā)表了學和力學教授助理，他在四年期間發(fā)表了四篇數(shù)學論文。之后又當過工廠的會計員，四篇數(shù)學論文。之后又當過工廠的會計員，技術(shù)中學教師，布拉格理工學院的兼職講技術(shù)中學教師，布拉格理工學院的兼職講師。師。1841年，才正式成為理工學院的數(shù)學年，才正式成為理工學院的數(shù)學教授。多普勒是一位嚴謹?shù)睦蠋?。他曾?jīng)教授。多普勒是一位嚴謹?shù)睦蠋?。他曾?jīng)被學生投訴考試過于嚴厲而被學校調(diào)查。被學生投訴考試過于嚴厲而被學校調(diào)查。1850年，委任為

3、維也納大學物理學院的第年，委任為維也納大學物理學院的第一任院長，三年后的一任院長，三年后的3月月17日在意大利的威日在意大利的威尼斯去世，年僅四十九歲。尼斯去世，年僅四十九歲。多普勒多普勒 克里斯琴克里斯琴約翰約翰Doppler Christian Johann ( 1803.11.29-1853.3.17)1、多普勒效應、多普勒效應( Doppler effect )因波源與觀察者互相靠近或者互相遠離因波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生時，而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。變化的現(xiàn)象。注意：頻率由聲源決定，實際頻率并沒有變化。2、多普勒效應的成因、多普

4、勒效應的成因 f = ff = ( 1+ v/V )ff = ( 1- v/V )fv為觀察者相對于介質(zhì)的為觀察者相對于介質(zhì)的運動速度運動速度 ，V為介質(zhì)中波為介質(zhì)中波速，速，f 為波源的原頻率為波源的原頻率 。（波的波長不變）（波的波長不變） f =f / ( 1 - u / V ) f =f / ( 1 + u / V )u為波源相對于介質(zhì)的運動速度為波源相對于介質(zhì)的運動速度（波的波速不變）（波的波速不變） 為簡單起見，我們只討論運動發(fā)生在波源與觀為簡單起見，我們只討論運動發(fā)生在波源與觀察者的連線上這一情形。察者的連線上這一情形。設(shè)：波源相對于介質(zhì)的運動速度為設(shè)：波源相對于介質(zhì)的運動速度為

5、 u， u 0 表示趨近于觀察者表示趨近于觀察者 u 0 表示趨近于波源表示趨近于波源 v 0 , 頻率增加頻率增加, 稱稱“藍移藍移”; (2) 當輻射源與觀測者當輻射源與觀測者彼此分離彼此分離時，即時，即 f 0 f f , 頻率下降頻率下降, 稱稱 “紅移紅移”。 (3) 光的縱向多普勒效應與經(jīng)典多普勒效應光的縱向多普勒效應與經(jīng)典多普勒效應 在定性上相似，但定量上不同在定性上相似，但定量上不同。起作用。起作用 的只是輻射源與觀測者的相對速度，而的只是輻射源與觀測者的相對速度，而 不必區(qū)分是光源還是觀測者在運動。這不必區(qū)分是光源還是觀測者在運動。這 是由于光的傳播不依賴于任何媒體，在是由于

6、光的傳播不依賴于任何媒體，在 兩個相對運動的參考系中光速相同。兩個相對運動的參考系中光速相同。 2、橫向多普勒效應、橫向多普勒效應 (垂直連線方向上運動垂直連線方向上運動) 橫向多普勒效應是光所特有的。橫向多普勒效應是光所特有的。由愛因斯坦膨脹關(guān)系：由愛因斯坦膨脹關(guān)系： T = T / ( 1- v2/c2 ) 1/2 f = f ( 1- v2/c2 ) 1/2結(jié)論結(jié)論：在運動輻射源橫向觀測到的頻率比：在運動輻射源橫向觀測到的頻率比 其固有頻率小，其固有頻率小， 即即 f f 。3、一般情形、一般情形 觀測者與光源速度成觀測者與光源速度成角的方向上觀測到的角的方向上觀測到的頻率為：頻率為：

7、f = f ( 1 - v2/c2 ) 1/2 / ( 1 - v cos/ c )而縱向公式和橫向公式都是它的特例。而縱向公式和橫向公式都是它的特例。應用應用:最先進的警用測速儀器最先進的警用測速儀器多普多普勒天勒天氣雷氣雷達達應用應用: 多普勒頸腦血液測速儀多普勒頸腦血液測速儀應用應用: 多普勒水流測速儀多普勒水流測速儀應用美國美國AH-64“阿帕奇阿帕奇”直升機直升機 多普勒導航系統(tǒng)多普勒導航系統(tǒng)法國幻影法國幻影2000戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機多普勒頻移觀測法應用應用:多普勒胎心儀器多普勒胎心儀器1、關(guān)于多普勒效應，下列說法正確的是_A多普勒效應是由于波的干涉引起的B多普勒效應說明波源的頻率發(fā)生改變

8、C多普勒效應是由于波源與觀察者之間有相對運動而產(chǎn)生的D只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應課堂探究練習課堂探究練習2.當火車進站鳴笛時，我們可聽到的聲調(diào)_A變高B不變高C越來越沉D不知聲速和火車車速，不能判斷3.關(guān)于多普勒效應下列說法中正確的是關(guān)于多普勒效應下列說法中正確的是 A、只有聲波才有多普勒效應、只有聲波才有多普勒效應 B、光波也有多普勒效應、光波也有多普勒效應 C、只有機械波才有多普勒效應、只有機械波才有多普勒效應 D、電磁波不能發(fā)生多普勒效應、電磁波不能發(fā)生多普勒效應B 某波源的頻率是100Hz,波速是100m/s, 觀察者以10m/s的速度快速靠近波源,那么觀察者接收到的波的頻率是高了還

9、是低了?是多少Hz?若遠離呢?頻率一定的聲源在空氣中向著靜止的接收器勻速運動. u以表示聲源的速度，V表示聲波的速度(u V)，f 表示接收器接收到的頻率.若u增大，則:A.f 增大, V 增大 B. f 增大, V 不變 C. f 不變, V 增大 D. f 減少, V 不變6.下面哪些應用是利用了多普勒效應？下面哪些應用是利用了多普勒效應？ A、利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光、利用地球上接收到遙遠天體發(fā)出的光波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的波的頻率來判斷遙遠天體相對于地球的運動速度運動速度 B、交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已、交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波，波被運動的

10、汽車反射知頻率的電磁波，波被運動的汽車反射回來，根據(jù)接受到的頻率發(fā)生的變化來回來，根據(jù)接受到的頻率發(fā)生的變化來知道汽車的速度知道汽車的速度 C、鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車、鐵路工人用耳貼在鐵軌上可判斷火車的運行情況的運行情況 D、有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲確、有經(jīng)驗的戰(zhàn)士從炮彈飛行的尖叫聲確定飛行炮彈是接近還是遠去定飛行炮彈是接近還是遠去ABD7.如下圖由波源如下圖由波源S發(fā)出的波某一時刻在介質(zhì)發(fā)出的波某一時刻在介質(zhì)平面中的情形，實線為波峰，虛線為波谷。平面中的情形，實線為波峰，虛線為波谷。設(shè)波源頻率為設(shè)波源頻率為10Hz，且不運動，而觀察，且不運動，而觀察者者1S內(nèi)由內(nèi)由A運動到運

11、動到B，觀察者接收到多少，觀察者接收到多少個完全波？設(shè)波速為個完全波？設(shè)波速為340m/s。則要讓觀。則要讓觀察者完全接受不到波，他要怎樣運動？察者完全接受不到波，他要怎樣運動？B答案答案:接收接收9個完全波個完全波遠離波源以遠離波源以340m/s的速度的速度運動運動思考題：一個警察監(jiān)測車速，固定的監(jiān)測儀發(fā)思考題：一個警察監(jiān)測車速，固定的監(jiān)測儀發(fā)出頻率為出頻率為 f =100KHz的超聲波，當汽車向波源的超聲波，當汽車向波源行駛時，行駛時，監(jiān)測儀上監(jiān)測儀上的接收器接收到從汽車反射的接收器接收到從汽車反射回來的波的回來的波的 f =110KHz，司，司機超速了嗎？（已機超速了嗎？（已知空氣中的聲速為知空氣中的聲速為u=330 m/s, 此路段限速為此路段限速為80mh ). 0v四、小結(jié)四、小結(jié)1 1、在觀察者運動的情況下，引起觀察者接、在觀察者運動的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于觀測到的波的速度發(fā)收頻率的改變，是由于觀測到的波的速度發(fā)生改變（波的波長不變）。生改變（波的波長不變）。2 2、在波源運動的情況下，引起觀察者接收、在波源運動的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于觀測到的波的波長發(fā)生頻率的改