普通物理學(xué)多普勒效應(yīng)

普通物理學(xué)多普勒效應(yīng)第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

波的疊加原理:有幾列波同時在媒質(zhì)中傳播時，它們的傳播特性（波長、頻率、波速、波形）不會因其它波的存在而發(fā)生影響。在幾列波相遇或疊加的區(qū)域內(nèi)，任一點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)的振動位移是各個波單獨(dú)在該點(diǎn)所引起的位移的矢量和第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五2.波的干涉疊加相干條件：振動方向相同頻率相同相位相同或相位差恒定第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

兩個相干波源波源S1和

S2的振動方程分別為：S1和

S2單獨(dú)存在時,在P點(diǎn)引起的振動的方程為:第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五P

點(diǎn)的合方程為:振幅A和相位f

0第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五（合振幅最大,相干增強(qiáng)）（合振幅最小，相干減弱）第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五波程差若f10=f20，上述條件簡化為：

（相干增強(qiáng)

）（相干減弱）因若I1=I2，疊加后波的強(qiáng)度：第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五干涉現(xiàn)象的強(qiáng)度分布第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五一駐波的產(chǎn)生

振幅、頻率、傳播速度都相同的兩列相干波，在同一直線上沿相反方向傳播時疊加而形成的一種特殊的干涉現(xiàn)象.第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五駐波的振幅與位置有關(guān)二駐波方程正向負(fù)向各質(zhì)點(diǎn)都在作同頻率的簡諧運(yùn)動第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

駐波方程相鄰波腹（節(jié)）間距

相鄰波腹和波節(jié)間距波腹波節(jié)第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五相鄰兩波節(jié)之間質(zhì)點(diǎn)振動同相位，任一波節(jié)兩側(cè)振動相位相反，在波節(jié)處產(chǎn)生

的相位躍變.（與行波不同，無相位的傳播）.第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五三相位躍變（半波損失）

當(dāng)波從波疏介入射到波密介質(zhì)，發(fā)射波將產(chǎn)生半波損失.波密介質(zhì)

(n大）波疏介質(zhì)(n?。┑?3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

當(dāng)波從波密介質(zhì)垂直入射到波疏介質(zhì)，被反射到波密介質(zhì)時形成波腹.入射波與反射波在此處的相位時時相同，即反射波在分界處不產(chǎn)生相位躍變.第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五多普勒效應(yīng)不知你是否注意過這樣的現(xiàn)象，當(dāng)一輛汽車響著喇叭從你身邊疾駛而過時，喇叭的音調(diào)會由高變低，好像汽車駛來的時候唱著音符“7”，離開的時候就唱音符“1”了．

第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五火車遠(yuǎn)離第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五火車靠近第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五1842年，奧地利物理學(xué)家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時就注意到了類似的現(xiàn)象，他經(jīng)過認(rèn)真的研究，發(fā)現(xiàn)波源和觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時，觀察到的波的頻率都會發(fā)生變化，并且做出了解釋．人們把這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)．第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五波的頻率是指什么？波的頻率是指：波源在單位時間內(nèi)發(fā)出的完全波的數(shù)目。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

為了了解多普勒效應(yīng)，可以做這樣一個模擬實(shí)驗(yàn)．讓一隊(duì)人勻速沿街行走，觀察者站在街旁不動，每秒有9個人從他身邊通過（下圖上）．這種情況下的“過人頻率”是9人/秒．如果觀察者逆著隊(duì)伍行走（下圖中），每秒從觀察者身邊通過人數(shù)增加（過人頻率）是增加還是減少？第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五反之，如果觀察者順著隊(duì)伍行走（下圖下），每秒從觀察者身邊通過人數(shù)增加（過人頻率）是增加還是減少？．

第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

對于聲波和其他波動，情況相似：當(dāng)波源和觀察者相對靜止時，1秒內(nèi)通過觀察者的波的數(shù)目是一定的，觀察到的頻率等于波源振動的頻率；當(dāng)波源和觀察者相向運(yùn)動時，1秒內(nèi)通過觀察者的波的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加；反之，當(dāng)波源和觀察者互相遠(yuǎn)離時，觀察到的頻率變?。?/p>

第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五§11-9多普勒效應(yīng)1.機(jī)械波的多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)：波源或觀察者相對于介質(zhì)運(yùn)動，使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五(1)波源不動，觀察者以速度vR相對于介質(zhì)運(yùn)動波源速度vS

=0,觀察者向波源運(yùn)動的速度為vR(vR

>0)機(jī)械波的多普勒效應(yīng)假設(shè)波源、觀察者的運(yùn)動發(fā)生在二者的連線上第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五機(jī)械波的多普勒效應(yīng)波源S

靜止,觀察者O

以速度vR相對介質(zhì)運(yùn)動S·OuvR

單位時間內(nèi)，位于觀察者左邊的波源發(fā)出的波向右傳播了距離u，同時觀察者向左移動了距離vR,這相當(dāng)于波通過觀察者的距離為u+vR。

單位時間內(nèi)，通過觀察者的完整波的個數(shù)(頻率)為：

若O背離S

運(yùn)動,則以－vR代替vR。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五(2)觀察者不動，波源以速度vS相對于介質(zhì)運(yùn)動

機(jī)械波的多普勒效應(yīng)第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五l

·OS

·單位時間內(nèi)通過觀察者O

的完整的波的個數(shù)(頻率)：當(dāng)波源背離觀察者運(yùn)動時,以代替即可。

觀察者O相對介質(zhì)靜止，波源S

以速度vS相對介質(zhì)運(yùn)動，觀察者測得的波長:。SuTS

運(yùn)動的前方波長縮短··機(jī)械波的多普勒效應(yīng)第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五多普勒效應(yīng)也適用于光波．當(dāng)運(yùn)動著的光源的光波到達(dá)眼睛時，如果光源移動得夠快的話，頻率會發(fā)生移動，就是說，顏色會發(fā)生改變．譬如說，假若光源向著我們運(yùn)動，每秒鐘就會有較多的光波擠進(jìn)我們的眼睛，我們所看到的光就會向可見光譜的高頻端（即紫端）偏移；反之，如果光源遠(yuǎn)離我們而去，每秒鐘到達(dá)的光波就較少，于是光就會向可見光譜的低頻端（即紅端）偏移．第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

波源的運(yùn)動使得波長變短：

觀察者的運(yùn)動使得單位時間內(nèi)通過觀察者的總長度變?yōu)椋河懻摬ㄔ磁c觀察者相向運(yùn)動的情形。當(dāng)波源與觀察者背離而去時，上式的和分別用和代替。(3)觀察者與波源同時相對介質(zhì)而運(yùn)動

機(jī)械波的多普勒效應(yīng)第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五例車上一警笛發(fā)射頻率為1500Hz的聲波,該車以20m/s的速度向某方向運(yùn)動，某人以5m/s的速度跟蹤其后，已知空氣聲速為330m/s。求該人聽到的警笛發(fā)聲頻率以及在警笛后方空氣中聲波的波長。解：由已