多普勒(補充)

1、聲波的多普勒效應一輛汽車在我們身旁急馳而過，車上喇叭的音調有一個從高到低的突然變化；站在鐵路旁邊聽列車的汽笛聲也能夠發(fā)現，列車迅速迎面而來時音調較靜止時為高，而列車迅速離去時則音調較靜止時為低。此外，若聲源靜止而觀察者運動，或者聲源和觀察者都運動，也會發(fā)生收聽頻率和聲源頻率不一致的現象。這種現象稱為多普勒效應。 多普勒效應是由出生在德國的奧地利物理學家多普勒發(fā)現的，對于多普勒效應中聲源頻率與接收者感受到的頻率之間的關系，要分三種情況考慮：（一）波源靜止，觀測者相對于媒質以v0向波源運動。觀測者向著波源運動時，感到波是以速度u+v0向著他傳來 。則頻率 （二）觀測者靜止，波源相對于媒質以v向觀測

2、者運動（三）波源相對于媒質以vs向觀測者運動，觀測者相對于媒質以v0向波源運動。則易得 )/01 ()/()0(/ )0(uvffuvuvuf)/()/(/)(vufuTvuuufTvuvTuT)/()0(vsuvuff多普勒效應的應用 美國霍普金斯大學利用多普勒效應對蘇聯第一顆人造衛(wèi)星進行了跟蹤試驗，科學家發(fā)現，當衛(wèi)星在近地點時信號頻率就增加，遠地點時信號頻率就降低。因為衛(wèi)星軌道是已知的，所以接收衛(wèi)星信號的接收機不論處于何方，它的位置都能被測定。光波的多普勒效應 具有波動性的光也會出現這種效應，它又被稱為多普勒-斐索效應. 因為法國物理學家斐索（1819-1896）于1848年獨立地對來自恒

3、星的波長偏移做了解釋，指出了利用這種效應測量恒星相對速度的辦法.光波與聲波的不同之處在于,光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化. 如果恒星遠離我們而去,則光的譜線就向紅光方向移動，稱為紅移；如果恒星朝向我們運動，光的譜線就向紫光方向移動，稱為藍移. 光的多普勒效應的應用20世紀20年代，美國天文學家斯萊弗在研究遠處的旋渦星云發(fā)出的光譜時，首先發(fā)現了光譜的紅移，認識到了旋渦星云正快速遠離地球而去.1929年哈勃根據光普紅移總結出著名的哈勃定律：星系的遠離速度v與距地球的距離r成正比，即v=Hr,H為哈勃常數.根據哈勃定律和后來更多天體紅移的測定，人們相信宇宙在長時間內一直在膨脹物質密度一直在變小

4、. 由此推知，宇宙結構在某一時刻前是不存在的，它只能是演化的產物. 因而1948年伽莫夫（G. Gamow）和他的同事們提出大爆炸宇宙模型. 20世紀60年代以來，大爆炸宇宙模型逐漸被廣泛接受，以致被天文學家稱為宇宙的標準模型 . 如果我們將一個小石塊投入平靜的水面，水面上會產生陣陣漣漪，并不斷地向前傳播。這時波源處的水面每振動一次，水面上就會產生一個新的波列。設波源的振動周期為T，即波源每隔時間T振動一次，則水面上兩個相鄰波列之間的距離就為VT，其中V是波在水中的傳播速度。在物理學中我們把這一相鄰波列之間的距離稱為波長，用符號表示。這樣，波的波長、波速及振動周期三者的關系就可表示為：=VT

5、（1）由于波源振動一次所需的時間為T，則波源在單位時間內振動的次數就為1/T。物理學上，把波源在單位時間內振動的次數稱為波的頻率，用f表示。這樣，它和周期的關系就可表示為f=1/T, 或 T=1/f （2） 綜合（1）式和（2）式可得： =VT=V/f （3）此式是我們討論與波有關問題的基本公式，雖然是對水波的傳播總結出來的，但它對一切波都適用。波的基本知識 假設有個光源每隔時間T發(fā)出一個波列，即光源的周期為T。如圖，當它靜止時相鄰兩個波列時間間隔為T，距離間隔=cT 式中c表示光速。 當光源以速度V離開觀察者時，在每兩個相鄰的波列之間的時間里光源移動的距離為VT，于是下一個波峰到達觀察者所需

6、的時間便增加了VT/c，所以，相鄰的兩個波峰到達觀察者那里所需的時間就為：T=T+VT/cT。 這時到達觀察者那里的兩個相鄰的波列的距離，即波長就變?yōu)?cT+VT，即波長變長了。這兩個波長的比值為/= T/T=1+V/c ，即波長增加了V/c，我們把這個相對增加量就成為紅移量，它取決于光源的遠離速度。由于一般情況下V c，所以看不到光譜的紅移現象；僅當V與c可以比較時，才有可能出現較為明顯的紅移現象。例如室女座星系團正以約1000公里/秒的速度離開我們的銀河系，于是它的頻譜上任何譜線的波長都要比正常值大一個比率/=1+V/c =1+10000/300000=1.0033若光源是向著觀察者運動的，這時只需將以上公式中V改為-V就可以了。所不同的是，這時將出現光的藍移現象。根據光源的移動速度，我們可以計算出光在頻譜中的偏移量；反之，根據光在頻譜中的偏移量，我們也可以計算出光源相對我們的移動速度。多普勒效應及震波 我們都曾有過這樣的經驗，當警車或救護車從遠方靠近時，感覺其警報聲音的頻率似乎越來越高， 而遠離時則越來越低。 這種效應由多普勒首先提出解說： 當聲源朝觀察者靠近時，前方的波由于聲源的運動而被壓縮，于是感覺頻率增高了。 反之，遠離時則波前間的距離增加了，而感覺頻率變小了。如下圖：波源往右