10.6 多普勒效應(yīng)李喜昌多普勒效應(yīng).ppt

10 7多普勒效應(yīng) 第十章機(jī)械波 河北師大附中李喜昌 問題1 聲音是如何產(chǎn)生的 振動(dòng)發(fā)聲 大家把手放在自己的喉部發(fā)聲練習(xí)一下 發(fā)一個(gè)高音 一個(gè)低音 看手的感覺有什么不同 結(jié)論 音調(diào)的高低與振動(dòng)的快慢有關(guān)音調(diào)高振動(dòng)頻率快音調(diào)低振動(dòng)頻率慢 回首往事 問題2 音調(diào)的高低與什么因素有關(guān) 小實(shí)驗(yàn) 看下面幾段錄像 注意仔細(xì)聽聲音除音量大小以外的變化 發(fā)聲體 遠(yuǎn) 近 遠(yuǎn) 音調(diào) 問題3 是不是發(fā)聲體的頻率發(fā)生了變化呢 聲源按一定的規(guī)律做機(jī)械運(yùn)動(dòng) 聲源發(fā)出聲波的頻率是一定的 是觀察者感到聲波的頻率發(fā)生了變化 問題4 什么條件下觀察者才會(huì)感到聲波的頻率發(fā)生變化呢 聲源靠近觀察者 感到頻率變大 聲源遠(yuǎn)離觀察者 感到頻率變小 是觀察者和聲源相對運(yùn)動(dòng) 問題5 坐在鳴著笛的救護(hù)車上的人感受不到多普勒效應(yīng) 這是為什么 觀察者和聲源相對靜止 一 多普勒效應(yīng) 1 定義 由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng) 使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象 叫做多普勒效應(yīng) 2 產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的范圍 同波的干涉和衍射現(xiàn)象一樣 多普勒效也是波特有的現(xiàn)象 機(jī)械波 電磁波 光波 都能夠發(fā)生多普勒效應(yīng) 條件 波源和觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)象 使觀察者感到頻率發(fā)生變化 奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年發(fā)現(xiàn) 問題6 為什么有相對運(yùn)動(dòng)聽起來音調(diào)就會(huì)發(fā)生變化 3 接收到的頻率 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù) 1 完全波 一個(gè)波長的波可以稱為完全波 二 幾個(gè)基本概念 2 波源的頻率 單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出完全波的個(gè)數(shù) 觀察者單位時(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù) 觀察者接收到的頻率 可以等于 大于或小于波源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù) 波源的頻率 1 當(dāng)波源和觀察者都靜止不動(dòng) 即二者沒有相對運(yùn)動(dòng)時(shí) 三 多普勒現(xiàn)象的成因 結(jié)論 單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出幾個(gè)完全波 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)就接收到幾個(gè)完全波 觀察者接收到的頻率等于波源的頻率 結(jié)論 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多 即接收到的頻率增大 減小 2 當(dāng)波源固定 觀察者靠近 遠(yuǎn)離 波源運(yùn)動(dòng)時(shí) 波源固定 觀察者以速度v向著波源或背離波源運(yùn)動(dòng) 這種情況等效于波通過觀察者時(shí)的速度增大 或減小 而波長不變 波相對于觀察者的速度為 所以 當(dāng)觀察者背離波源運(yùn)動(dòng)時(shí) 上式取負(fù)號 此時(shí)若v v0 觀察者隨波一起運(yùn)動(dòng) 應(yīng)無感覺 若v v0 表示若觀察者前面已有波存在 則觀察者將追上前面的波 他將感覺到波仿佛迎面而來 即波源好像在向相反的方向運(yùn)動(dòng) 結(jié)論 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增加 即觀察者接收到的頻率變大于波源的頻率 3 觀察者不動(dòng) 波源靠近 遠(yuǎn)離 觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí) 觀察者靜止 波源以速度u向著觀察者或背離觀察者運(yùn)動(dòng) 這種情況是波源邊發(fā)波邊運(yùn)動(dòng) 波速保持不變 而波源發(fā)出的波被擠壓或被拉伸 即相當(dāng)于波長縮短或伸長 其值為 所以 當(dāng)波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí) 上式取正號 當(dāng)波源靠近觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí) 上式取負(fù)號 由上式可知 當(dāng)火車駛近站在鐵路旁的人時(shí) f f0 人感到汽笛的音調(diào)變高 遠(yuǎn)離站在鐵路旁的人時(shí) f f0 人感到汽笛的音調(diào)變低 波源和觀察者同時(shí)相對介質(zhì)運(yùn)動(dòng) 由于觀察者運(yùn)動(dòng) 波相對觀察者的速度為 由于波源運(yùn)動(dòng) 波長已變?yōu)?所以 觀察者感覺到的頻率為 波源發(fā)出的頻率 究竟運(yùn)動(dòng)和頻率的關(guān)系如何 等于 大于 大于 小于 小于 當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動(dòng)時(shí) 如果二者相互接近 觀察者接收到的頻率增大 如果二者遠(yuǎn)離 觀察者接收到的頻率減小 在觀察者運(yùn)動(dòng)的情況下 引起觀察者接收頻率的改變 是由于波通過觀察者時(shí)的速度增大或減小 在波源運(yùn)動(dòng)的情況下 引起觀察者接收頻率的改變 是由于波長縮短或伸長 四 小結(jié) 1 根據(jù)多普勒效應(yīng) 下列說法中正確的是 a 當(dāng)波源和觀察者發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí) 觀察者接受到的頻率一定和波源發(fā)出的頻率不同b 當(dāng)波源和觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí) 觀察者接受到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高c 當(dāng)波源和觀察者同向運(yùn)動(dòng)時(shí) 觀察者接受到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低d 當(dāng)波源和觀察者反向運(yùn)動(dòng)時(shí) 觀察者接受到的頻率可能比波源發(fā)出的頻率高 b 五 小試牛刀 2 如圖表示產(chǎn)生機(jī)械波的波源s做勻速運(yùn)動(dòng)的情況 圖中的圓表示波峰 該圖表示的是 a 干涉現(xiàn)象b 衍射現(xiàn)象c 反射現(xiàn)象d 多普勒效應(yīng) 波源正在移向 a a點(diǎn)b b點(diǎn)c c點(diǎn)d d點(diǎn) 觀察到波的頻率最低的點(diǎn)是 a a點(diǎn)b b點(diǎn)cc點(diǎn)d d點(diǎn) d a b 3 如圖所示 讓小球p一邊貼水面每秒振動(dòng)5次 一邊沿x軸正方向勻速移動(dòng) o點(diǎn)是它的初始位置 圖示為觀察到的某一時(shí)刻的水面波 圖中的實(shí)線表示水面波的波峰位置 那么此水面波的傳播速度及小球p勻速移動(dòng)的速度分別是 a 0 05m s 0 025m sb 0 1m s 0 05m sc 0 15m s 0 125m sd 0 2m s 0 1m s x cm d 解析 由圖可知 小球p從開始振動(dòng)算起發(fā)出10個(gè)完全波 這段時(shí)間應(yīng)為10倍周期即為2s 小球初始時(shí)刻在x 0處 它沿x軸正方向運(yùn)動(dòng) 最后運(yùn)動(dòng)到x 20cm處 小球p勻速移動(dòng)的速度為u 0 2 2 0 1m s 在此過程中 波傳播的距離為40cm 波速v 0 4 2 0 2m s 4 以速度u 20m s奔馳的火車 鳴笛聲頻率為275hz 已知常溫下空氣中的聲速v 340m s 當(dāng)火車駛來時(shí) 站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少 當(dāng)火車駛?cè)r(shí) 站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少 5 如圖 s為波源 p點(diǎn)有一個(gè)觀察者 已知波源的頻率為20hz 則關(guān)于人聽到的聲音頻率為 a 當(dāng)波源s以17m s的速度遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)頻率為19hzb 當(dāng)波源s以17m s的速度靠近觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)頻率為21hzc 當(dāng)觀察