第五節(jié)多普勒效應詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有27頁\編輯于星期二優(yōu)選第五節(jié)多普勒效應現(xiàn)在是2頁\一共有27頁\編輯于星期二1、多普勒效應(Dopplereffect)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)生變化的現(xiàn)象。注意：頻率由聲源決定，實際頻率并沒有變化?，F(xiàn)在是3頁\一共有27頁\編輯于星期二單位時間內(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2、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。

f’=ff’=(1+v/V)ff’=(1-v/V)fv為觀察者相對于介質(zhì)的運動速度，V為介質(zhì)中波速，f為波源的原頻率。（波的波長不變）現(xiàn)在是4頁\一共有27頁\編輯于星期二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。（4）波源朝觀察者運動時（5）波源遠離觀察者運動時

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（波的波速不變）現(xiàn)在是5頁\一共有27頁\編輯于星期二為簡單起見，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。設：波源相對于介質(zhì)的運動速度為u，

u>0表示趨近于觀察者

u<0表示遠離于觀察者

觀察者相對于介質(zhì)的運動速度為v，

v>0表示趨近于波源

v<0表示遠離于波源波源的原頻率為f，在介質(zhì)中波速為V?，F(xiàn)在是6頁\一共有27頁\編輯于星期二f’

=V/=V/VT

=1/T

f’=ft時刻波陣面1秒后波陣面VvVf’

=(V+v)/=(V+v)/VT

=(V+v)f/V

f’=(1+v/V)f

現(xiàn)分四種情形進行討論：1、u=0，v=02、u=0，v0現(xiàn)在是7頁\一共有27頁\編輯于星期二

V’t時刻波陣面1秒后波陣面’=-uTf’=V/’=V/(-uT)=V/(VT-uT)=Vf/(V-u)

f’

=f/(1-u/V)3、u0，v=0現(xiàn)在是8頁\一共有27頁\編輯于星期二4、u0，v0’=-uTf’

=(V+v)/’=(V+v)/(-uT)=(V+v)/(VT-uT)

f’=f(V+v)/(V-u)

波源相對介質(zhì)運動和觀察者相對介質(zhì)運動兩者產(chǎn)生的多普勒效應是不同的。因此，當波源與觀察者有相對運動時可以由實驗來判斷，究竟哪一個相對于介質(zhì)在運動，還是都在運動?，F(xiàn)在是9頁\一共有27頁\編輯于星期二例一個觀察者站在鐵路附近，聽到迎面開來的火車汽笛聲為A4音(頻率為440Hz)，當火車駛過他身旁后，汽笛聲降為G4音(頻率為392Hz)，問火車的速率為多少?已知空氣中的聲速為330m/s。解：設汽笛原來的頻率為f

0，當火車駛近觀察者時，接收到的頻率為f’，

f’=Vf

0/(V-u)當火車駛過觀察者后，接收到的頻率為f’’，f’’=Vf

0/(V+u)

f’/f’’=(V+u)/(V-u)火車速率u=(f’-f’’)V/(f’+f’’)=19m/s現(xiàn)在是10頁\一共有27頁\編輯于星期二二、相對論多普勒效應(電磁波、光波)

電磁波、光波多普勒效應與機械波不同原因：(1)電磁波并非由物質(zhì)的振動而構成；(2)電磁波的相對速度都是光速，必須用相對論才能計算。1、縱向多普勒效應(連線方向上相對運動)輻射源以速度v向著觀測者運動

輻射源

觀測者v

觀測者測到的波長為：’=c

T’-vT’其中T’是觀測者測得的周期，

T是輻射源固有周期。現(xiàn)在是11頁\一共有27頁\編輯于星期二

’=cT’-v

T’T’與T滿足膨脹關系：T’=T/(1-v2/c2)1/2于是觀測者測得的頻率為：’=c/’=c/(c-v)T’=c(1-v2/c2)1/2/(c-v)T

’=[(c+v)/(c-v)]1/2上式是相對論多普勒頻移(藍移)公式，也稱為光的縱向多普勒的效應。討論:(1)當輻射源與觀測者互相靠近時，即

v>0’>,頻率增加,稱“藍移”;

現(xiàn)在是12頁\一共有27頁\編輯于星期二(2)當輻射源與觀測者彼此分離時，即

f<0f’<f,頻率下降,稱“紅移”。(3)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。起作用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。這是由于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?，F(xiàn)在是13頁\一共有27頁\編輯于星期二2、橫向多普勒效應(垂直連線方向上運動)橫向多普勒效應是光所特有的。由愛因斯坦膨脹關系：

T’=T/(1-v2/c2)1/2

f’=f(1-v2/c2)1/2結(jié)論：在運動輻射源橫向觀測到的頻率比其固有頻率小，即f’<f。3、一般情形觀測者與光源速度成θ角的方向上觀測到的頻率為：

f’=f(1-v2/c2)1/2/(1-vcosθ/c)而縱向公式和橫向公式都是它的特例?，F(xiàn)在是14頁\一共有27頁\編輯于星期二現(xiàn)在是15頁\一共有27頁\編輯于星期二應用:最先進的警用測速儀器現(xiàn)在是16頁\一共有27頁\編輯于星期二多普勒天氣雷達現(xiàn)在是17頁\一共有27頁\編輯于星期二應用:多普勒頸腦血液測速儀現(xiàn)在是18頁\一共有27頁\編輯于星期二應用:多普勒水流測速儀現(xiàn)在是19頁\一共有27頁\編輯于星期二應用美國AH-64“阿帕奇”直升機

多普勒導航系統(tǒng)法國幻影2000戰(zhàn)斗機現(xiàn)在是20頁\一共有27頁\編輯于星期二多普勒頻移觀測法現(xiàn)在是21頁\一共有27頁\編輯于星期二應用:多普勒胎心儀器現(xiàn)在是22頁\一共有27頁\編輯于星期二1、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)生多普勒效應課堂探究練習現(xiàn)在是23頁\一共有27頁\編輯于星期二2.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，不能判斷現(xiàn)在是24頁\一共有27頁\編輯于星期二3.關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B、光波也有多普勒效應C、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B現(xiàn)在是25頁\一共有27頁\編輯于星期二某波源的頻率是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是低了?是多少Hz?