第十二章機械波,12.5多普勒效應,【思考與討論】,當奔馳的列車向你駛來，并經(jīng)過你的身旁，而后又離開你駛向遠方，在這一過程中，你有沒有注意到你耳朵中聽到的列車的鳴笛聲有什么特殊的現(xiàn)象？,【生活中的特殊現(xiàn)象】,列車靠近時，鳴笛聲越來越尖銳；列車遠離時，鳴笛聲越來越低吟。是不是列車的擴音器的頻率本身發(fā)生了變化？,一、多普勒效應,1、現(xiàn)象(1842年發(fā)現(xiàn))：當汽車向你駛來時，感覺音調(diào)變高；當汽車離你遠去時，感覺音調(diào)變低。,3、多普勒效應：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應。,2、音調(diào)：由頻率決定，頻率越高音調(diào)越高，頻率越低音調(diào)越低。,注意：頻率由波源決定，實際頻率并沒有變化。,【多普勒效應模擬】,1、觀察者靜止不動，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘假設有30個人經(jīng)過。,2、當觀察者逆著隊伍行走時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個人經(jīng)過。,v測=0,3、當觀察者與隊伍同向行走且速度比隊伍的小時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個人經(jīng)過。,波源不動，而觀察者以速度相對于介質(zhì)運動。,觀察者不動，波源相對介質(zhì)以速度運動。,單位時間內(nèi)波源發(fā)出幾個完全波，觀察者在單位時間內(nèi)就接收到幾個完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。,1、波源和觀察者沒有相對運動時,二、多普勒效應的成因,2、觀察者朝波源運動時,觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大。,3、觀察者遠離波源運動時,觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減少。,水波的多普勒效應（波源向右運動）,觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到的頻率增大。,觀察者感到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。,1、波源朝觀察者運動時,2、波源遠離觀察者運動時,二、多普勒效應的成因,究竟運動和頻率的關系如何？,等于,大于,大于,小于,小于,多普勒效應是波動過程共有的特征，一切波（如電磁波和光波）都能發(fā)生多普勒效應。,應用1、雷達測速儀：交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。,三、多普勒效應的應用,應用2、有經(jīng)驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢；有經(jīng)驗的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠去。,應用3、用多普勒效應測量其它星系向著還是遠離地球運動的速率。,宇宙中的星球都在不停地運動測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后跟地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，就可以算出星球靠近或遠離我們的速度。,應用4、臨床上應用：彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng),醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。,三、多普勒效應的應用,應用5、軍事應用(E-3“望樓”預警機)脈沖多普勒雷達，多譜勒導航儀,三、多普勒效應的應用,1、次聲波的特點：次聲波由于頻率小,故波長較長,易發(fā)生衍射,傳播距離較遠。,2、次聲波的應用：通過次聲波探知幾千千米外的核武器試驗和導彈的發(fā)射，或預報破壞性很大的海嘯、臺風。,【次聲波】,3、次聲波對人體的影響,1）次聲波1-3Hz：可以使人產(chǎn)生恐懼，地震前動物的不安，也是這個頻率的次聲波引起；,2）次聲波3-6Hz：能使人精神失常，失去理智；,3）次聲波8-12Hz：可以使人思維集中，增強記憶力；,4）太強的次聲波將使人感到煩躁、耳鳴、頭痛、惡心和心悸，人的暈船和暈車就是由于機械振動、空氣和海浪摩擦發(fā)生的次聲波引起；特別強的次聲波還會使人四肢麻木、耳聾、鼻孔出血、內(nèi)臟破裂，直至死亡。,【超聲波】,1、超聲波的能量很大：理論研究表明，在振幅相同的情況下，一個物體的振動能量跟振動頻率的二次方成正比。超聲波的頻率很高，因而能量很大。,2、超聲波沿直線傳播：因為超聲波的波長很短，不易繞過障礙物發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故超聲波基本上沿直線傳播。,應用1、超聲波加濕器的基本原理：利用超聲波的劇烈振動可以把普通水“打碎”成直徑僅為幾微米的小水珠，變成霧氣噴散到房間的空氣中，增大房間中空氣的濕度,應用2、超聲波霧化器：超聲波還可以把藥物擊碎成微粒和空氣混合形成“藥霧”，病人吸入后，可以治療肺部和氣管類疾病，如咽喉炎和氣管炎。,應用3、治療各種結石疾病：利用超聲波的巨大能量還可以把人體內(nèi)的結石擊碎。,應用4、按摩療效：利用超聲波作用于人體時。機體細胞受到振蕩和刺激，可起按摩作用，治療神經(jīng)痛等疾患。,應用5、用超聲波消毒滅菌也是有效的。例如用超聲波來給牛奶消毒，效果良好，而且能避免煮沸法對營養(yǎng)成分的破壞,【超聲波】,應用8、利用超聲波清洗污垢：金屬零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事，但如果在放有這些物品的清洗液中通入超聲波，清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢，能夠很快清洗干凈。,應用9、聲吶：超聲波在水中傳播的距離要比光波和無線電波遠得多。水聲測位儀就是根據(jù)超聲波的這種特性制成的裝置，這種裝置既能發(fā)出短促的超聲波脈沖又能接收被潛艇、魚群或海底反射回來的超聲波，根據(jù)反射波滯后的時間和波速，就可以確定潛艇、魚群的位置或海水深度,【超聲波】,1、關于多普勒效應，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,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