多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用課件

高中物理魯科版選擇性必修第一冊(cè)第三章

機(jī)械波3.4多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用

1.多普勒效應(yīng)上述問題中，救護(hù)車?guó)Q笛聲的頻率并沒有變化，只是由于救護(hù)車與地面觀察者之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使觀察者接收到的聲波頻率發(fā)生了變化。這種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)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3-38)。圖3-38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f等于單位時(shí)間內(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)出完整的波的個(gè)數(shù)。對(duì)觀察者來說，他接收到的波的頻率f’等于他在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整的波的個(gè)數(shù)。當(dāng)波源和觀察者都不動(dòng)時(shí)，波源1s內(nèi)發(fā)出幾個(gè)完整的波，觀察者在1s內(nèi)就接收到幾個(gè)完整的波。在這種情況下，觀察者接收到的波的頻率等于波源的頻率當(dāng)波源不動(dòng)，觀察者以v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。當(dāng)波源不動(dòng)，觀察者以v0遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率小于波源的頻率。首先假設(shè)波源S靜止不動(dòng)，觀察者以一定的速度向靠近波源的方向運(yùn)動(dòng)(圖3-39)。在1s內(nèi)，觀察者向著波源移動(dòng)了一段距離，與觀察者不動(dòng)的情況相比較觀察者在1s內(nèi)接收到的完整的波的個(gè)數(shù)就會(huì)增多，也就是接收到的波的頻率增大。同樣道理，當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完整的波的個(gè)數(shù)就會(huì)減少，也就是接收到的波的頻率減小。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)(圖3-40):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，又是怎樣的情景呢?如果觀察者靜止不動(dòng)，波源運(yùn)動(dòng)，觀察者接收到的波的頻率又如何變化呢?如圖3-41所示，波源S發(fā)出球面波，球面波的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。同理，在波源左方，觀察者接收到的頻率減小。現(xiàn)在，你能解釋為什么聽到的救護(hù)車?guó)Q笛聲的音調(diào)會(huì)發(fā)生變化了嗎？總之，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。光波、無線電波、微波等都能發(fā)生多普勒效應(yīng)2.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用多普勒效應(yīng)在生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用。交通警察可使用多普勒測(cè)速儀(圖3-42)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)頻率的無線電波，無線電波遇到車輛發(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。醫(yī)學(xué)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(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。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)射恒定頻率的電磁波，由于多普勒效應(yīng)，地面監(jiān)測(cè)站接收到的反射波頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)這種變化就可確定目的物的距離、方位、速度等。這在軍事、航天、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。能了解波、橫波和縱波的內(nèi)涵，能理解波速、波長(zhǎng)和頻率的定量關(guān)系，能認(rèn)識(shí)波的反射、折射、干涉、衍射及多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象;能解釋身邊與機(jī)械波有關(guān)的物理現(xiàn)象。具有與機(jī)械波相關(guān)的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和能量觀念。--物理觀念3.課堂練習(xí)1.一艘漁船向魚群發(fā)出超聲波。若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與漁船發(fā)出的超聲波相比，其頻率如何變化?請(qǐng)說明理由。漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，波速由介質(zhì)決定，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比波速不變，根據(jù)聲音的多普勒效應(yīng)，聲源移向觀察者時(shí)接收頻率變高，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比頻率變高，2.關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是A.多普勒效應(yīng)是由波的干涉引起的B.多普勒效應(yīng)說明波源的頻率在發(fā)生改變C.多普勒效應(yīng)是由波源與觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的D.只有聲波可產(chǎn)生多普勒效應(yīng)CD3.根據(jù)多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是A.當(dāng)波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定與波源發(fā)出的頻率相同B.當(dāng)波源與觀察者同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低ACC.當(dāng)波源與觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高D.當(dāng)波源與觀察者背向運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低*4.公路巡警駕駛巡警車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，該路段限速為100km/h。巡警車向前方在同一直車道上行駛的轎車發(fā)出一個(gè)已知頻率的電磁波，如果該電磁波被