高中物理競賽輔導全套課件第19節(jié) 多普勒效應

思考與討論

當奔馳的列車向你駛來，并經(jīng)過你的身旁，而后又離開你駛向遠方，在這一過程中，你有沒有注意到你耳朵中聽到的列車的鳴笛聲有什么特殊的現(xiàn)象？生活中的特殊現(xiàn)象

飛機飛近時，轟鳴聲越來越尖銳；飛機飛遠時，轟鳴聲越來嘶啞。是不是飛機的轟鳴聲的頻率本身也發(fā)生了變化？多普勒效應

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。

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。1、波源朝觀察者運動時2、波源遠離觀察者運動時多普勒效應的成因§6.7多普勒效應多普勒效應:波源或觀察者相對于介質(zhì)運動時,觀察者感覺到的頻率和波源的真實頻率不相等,叫做多普勒效應.uR

:觀察者相對介質(zhì)的運動速度,接近波源為＋,反之為－.觀察者RS波源u

R:觀察者接收到的頻率(觀測頻率),觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完整波形數(shù)目.

波源和觀察者都相對介質(zhì)靜止:

W

:

波的頻率,單位時間內(nèi)經(jīng)過介質(zhì)中某點的完整波形數(shù)目.

s:波源的頻率(發(fā)射頻率),波源在單位時間內(nèi)發(fā)出的完整波形數(shù)目.uS:波源相對介質(zhì)的運動速度,接近觀察者為＋,反之為－.觀察者在單位時間內(nèi)接收到的波形數(shù):2)觀察者遠離波源

1.波源靜止,觀察者以速度uR

相對于介質(zhì)運動SOuR1)觀察者接近波源在每個周期中,波源接近觀察者的距離為uSTS即每個波長縮短了uSTS2.觀察者靜止,波源以速度uS

相對介質(zhì)運動1)波源接近觀察者SOSS’y—頻率變高2)波源遠離觀察者

—頻率變低1)波源接近觀察者SS’y3.波源以uS

運動,觀測者以uR

運動(相向為正)由于波源的運動,介質(zhì)中波的頻率:由于觀察者的運動,觀察者的接收頻率與波的頻率:觀測頻率:1）觀察者朝波源運動2）觀察者離波源運動1、波源不動，觀察者相對波源運動多普勒效應中觀測頻率的計算2、觀察者不動，波源相對觀察者運動1）波源朝觀察者運動2）波源離觀察者運動結論:波源與觀察者相互接近時,感覺到的頻率較高;波源與觀察者相互遠離時,感覺到的頻率較低.如果波源和觀察者的運動不在一直線上,只要考慮波源與觀察者在連線方向上的速度投影即可.5)衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)等.1)交通上測量車速;2)醫(yī)學上用于測量血流速度;3)天文學家利用電磁波多普勒紅移說明大爆炸理論;4)用于貴重物品、機密室的防盜系統(tǒng);4.多普勒效應的應用:當vs

>>u時,所有波前(包括新波前和舊波前,相位均相同)將被擠壓在一個圓錐面上,波的能量高度集中形成沖擊波或激波,如核爆炸,超音速飛行中的沖擊波等.

多普勒效應是波動過程共有的特征，一切波（如電磁波和光波）都能發(fā)生多普勒效應。應用1、雷達測速儀：交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。多普勒效應的應用應用2、有經(jīng)驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢；有經(jīng)驗的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠去。應用3、用多普勒效應測量其它星系向著還是遠離地球運動的速率。

宇宙中的星球都在不停地運動．測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后跟地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，就可以算出星球靠近或遠離我們的速度。應用4、臨床上應用：彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)

醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度．這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。多普勒效應的應用應用5、軍事應用(E-3“望樓”預警機)脈沖多普勒雷達，多譜勒導航儀多普勒效應的應用例:

火車以20m/s的速度行駛,若機車汽笛的頻率為500Hz,問:(1)一靜止觀察者在機車前和機車后所聽到的聲音頻率各為多少?(2)設另有一列火車上有乘客,當該列火車以10m/s的速度駛近或駛離第一列火車,乘客聽到的聲音頻率各為多少?(已知空氣中聲波的速率為340m/s)解: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CA課后練習3、下列說法正確的是(在空氣中傳播)（）A、超聲波的傳播速度大于次聲波的傳播速度B、超聲波的傳播速度等于次聲波的傳播速度C、蝙蝠有發(fā)達的視覺D、蝙蝠有很完善的發(fā)射和接收超聲波的器官BD課后練習4、海豚具有完善的發(fā)射和接收超聲波器官，在一些重要性能上，如確定方位的靈敏度，都遠遠優(yōu)于現(xiàn)代的無線電定位系統(tǒng)，它發(fā)射的波比無線電的微波（）A、速度快，方向性好B、頻率高，抗干擾能力強C、波長小，傳播距離遠D、在介質(zhì)中衰減小，傳播距離遠D課后練習課后練習5、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。⑴當火車駛來時,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少？⑵當火車駛去時,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少？292Hz260Hz6、一個觀察者在鐵路附近，當火車駛近時，他聽到的汽笛聲頻率為f1=440Hz，當火車駛遠時，他聽到的頻率為f2=392Hz，在大氣中聲音速度為330m/s，求火車的速度？19m/s17.97、圖A是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的速度.圖B中p1、p2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2分別是p1、p2由汽車反射回來的信號.設測速儀