第5節(jié)

多普勒效應(yīng)第三章

機(jī)械波思考：當(dāng)車(chē)或飛機(jī)從你身邊疾馳而過(guò)的時(shí)候,

音調(diào)會(huì)由高變低。你知道這到底是怎么回事嗎？【視頻：火車(chē)、汽車(chē)的笛聲以及飛機(jī)的轟鳴聲】1.了解多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象；2.理解多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因；3.了解多普勒效應(yīng)的應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)一、多普勒效應(yīng)1.多普勒效應(yīng)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。這種現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年最先發(fā)現(xiàn)的。多普勒（1803——1853）2.波源振動(dòng)頻率和接收器的接收頻率（1）波源振動(dòng)頻率指波源單位時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)。（2）接收器的接收頻率指接收器單位時(shí)間接收到的完整波數(shù)目。3.多普勒效應(yīng)是波共有的特征機(jī)械波、電磁波或光波都會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)。演示：蜂鳴器音調(diào)的變化將蜂鳴器固定在一長(zhǎng)竹桿的一端，然后用竹桿將蜂鳴器舉起，并在頭上快速旋轉(zhuǎn)。【視頻：蜂鳴器音調(diào)的變化】（1）觀測(cè)者靜止f測(cè)=f源v測(cè)=0觀察者靜止不動(dòng)，數(shù)經(jīng)過(guò)的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個(gè)人經(jīng)過(guò)。這種情況下的“過(guò)人頻率”是30人每分。在這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中，人不表示介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)，只代表傳播中的波峰或波谷，于是“過(guò)人頻率”就代表波的頻率。多普勒效應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)v測(cè)（2）觀測(cè)者靠近波源當(dāng)觀察者逆著隊(duì)伍行走時(shí)，數(shù)經(jīng)過(guò)的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個(gè)人經(jīng)過(guò)。f測(cè)>f源（3）觀測(cè)者遠(yuǎn)離波f測(cè)<f源v測(cè)當(dāng)觀察者與隊(duì)伍同向行走且速度比隊(duì)伍的小時(shí)，數(shù)經(jīng)過(guò)的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個(gè)人經(jīng)過(guò)。4.多普勒效應(yīng)的現(xiàn)象：（1）波源與觀察者相對(duì)靜止時(shí)，觀察者感覺(jué)到的波的頻率等于波源的振動(dòng)頻率。（2）波源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者感覺(jué)到的波的頻率大于波源的振動(dòng)頻率。（3）波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者感覺(jué)到的波的頻率小于波源的振動(dòng)頻率。注意：多普勒效應(yīng)是觀察者接收到的波的頻率發(fā)生了變化，而波源發(fā)出的波的頻率并沒(méi)有改變?！疽曨l：多普勒效應(yīng)的形成原因】（1）波源與觀察者相互靠近時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察者觀測(cè)到的頻率大于波源的頻率，即觀察到的頻率變大。（2）波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀察到的頻率變小。5.多普勒效應(yīng)的成因聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。而接收者聽(tīng)到的聲音的音調(diào)，是由接收者接收到的頻率決定的，即單位時(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。思考與討論：固定在振動(dòng)片上的金屬絲周期性觸動(dòng)水面可以形成水波。當(dāng)振動(dòng)片在水面上移動(dòng)時(shí)拍得一幅如圖所示的照片，顯示出此時(shí)波的圖樣。由照片是否可知，振動(dòng)片正在向圖中哪個(gè)方向移動(dòng)？單位時(shí)間內(nèi)是水波槽左邊接收完全波個(gè)數(shù)多還是右邊接收完全波個(gè)數(shù)多？振動(dòng)片正在向圖中左邊運(yùn)動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)水波槽左邊接收完全波個(gè)數(shù)多。1.關(guān)于多普勒效應(yīng)的敘述，下列說(shuō)法中正確的是（）A．多普勒效應(yīng)說(shuō)明波源的頻率發(fā)生了變化B．多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的C．多普勒效應(yīng)是波共有的特征D．火車(chē)向你駛來(lái)時(shí)，你聽(tīng)到的汽笛聲音調(diào)變低，火車(chē)離你遠(yuǎn)去時(shí)，你聽(tīng)到的汽笛聲音調(diào)變高練一練C2.一輛大客車(chē)上有一個(gè)聲源發(fā)出頻率一定的樂(lè)音，當(dāng)大客車(chē)靜止、觀察者也靜止時(shí)，觀察者聽(tīng)到并記住了這個(gè)樂(lè)音的音調(diào)。當(dāng)觀察者坐上一輛小轎車(chē)后聽(tīng)到這個(gè)樂(lè)音的音調(diào)比原來(lái)低的是（）A．小轎車(chē)靜止，大客車(chē)向他駛來(lái)B．小轎車(chē)靜止，大客車(chē)離他駛?cè)．大客車(chē)靜止，小轎車(chē)向著大客車(chē)駛?cè)．大客車(chē)在前、小轎車(chē)在后，且小轎車(chē)速度大于大客車(chē)速度B知識(shí)點(diǎn)二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1.測(cè)量汽車(chē)速度交通警察向行進(jìn)中的汽車(chē)發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)反射回來(lái)時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車(chē)的速度。利用多普勒測(cè)速儀，還可以測(cè)量水在海底的流速，為養(yǎng)殖場(chǎng)尋找適合貝類(lèi)生長(zhǎng)的場(chǎng)所。2.水下多普勒測(cè)速儀3.測(cè)血液流速(彩超)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液反射后又被儀器接收,測(cè)出反射波的頻率變化,就能知道血流的速度?？梢詸z查心臟、大腦和眼底血管的病變。4.測(cè)星球速度測(cè)量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率,然后與地球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對(duì)照,就可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。5.有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車(chē)的汽笛聲判斷火車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向和快慢。有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時(shí)的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去。練一練1.關(guān)于波的現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（）A．交通警察利用測(cè)速儀向行進(jìn)中的車(chē)輛發(fā)射頻率已知的超聲波，根據(jù)反射波的頻率變化判斷車(chē)速，這是利用了波的多普勒效應(yīng)B．“聞其聲不見(jiàn)其人”是聲波的反射現(xiàn)象C．醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，根據(jù)接收到的被血管中的血流反射后的超聲波的頻率變化，判斷血流的速度是利用波的干涉現(xiàn)象D．科學(xué)家通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)來(lái)自遙遠(yuǎn)的星系上的某種原子光譜，與地球上同種原子的光譜比較，波長(zhǎng)均變小，說(shuō)明該星系正在遠(yuǎn)離地球而去A2.根據(jù)多普勒效應(yīng)，我們知道當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，觀察者接收到波的頻率增大；反之，觀察者接收到波的頻率減小。天文觀測(cè)到某遙遠(yuǎn)星系所生成的光譜呈現(xiàn)“紅移”，即譜線都向紅色部分移動(dòng)了一段距離，由此現(xiàn)象可知（）A．觀察者接收到光波的波長(zhǎng)增大，該星系正在靠近觀察者B．觀察者接收到光波的波長(zhǎng)