多普勒效應及其應用課件

高中物理魯科版選擇性必修第一冊第三章

機械波3.4多普勒效應及其應用

1.多普勒效應上述問題中，救護車鳴笛聲的頻率并沒有變化，只是由于救護車與地面觀察者之間發(fā)生了相對運動，從而使觀察者接收到的聲波頻率發(fā)生了變化。這種因波源與觀察者之間有相對運動而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應多普勒效應用蜂鳴器等器材制作一個發(fā)聲裝置，可演示多普勒效應。為了保證安全，可將發(fā)聲裝置裝入網(wǎng)球中用結(jié)實的繩子捆綁好并在室外進行實驗，甲同學站在某位置，手持系有發(fā)聲裝置的繩子一端，使發(fā)聲裝置在頭頂上空快速轉(zhuǎn)動(圖3-38)。圖3-38此時，乙同學站在離甲同學幾米之外的位置上靜止不動。甲、乙兩同學聽到蜂鳴器發(fā)出的聲音音調(diào)有什么變化?多普勒效應的解釋波源每完成一次全振動，便向外發(fā)出一個波長的波;而波源的頻率f等于單位時間內(nèi)波源完成全振動的次數(shù)所以波源振動的頻率等于單位時間內(nèi)波源向外發(fā)出完整的波的個數(shù)。對觀察者來說，他接收到的波的頻率f’等于他在單位時間內(nèi)接收到的完整的波的個數(shù)。當波源和觀察者都不動時，波源1s內(nèi)發(fā)出幾個完整的波，觀察者在1s內(nèi)就接收到幾個完整的波。在這種情況下，觀察者接收到的波的頻率等于波源的頻率當波源不動，觀察者以v向波源運動時，觀察者接收到的波的頻率大于波源的頻率。當波源不動，觀察者以v0遠離波源運動時，觀察者接收到的波的頻率小于波源的頻率。首先假設波源S靜止不動，觀察者以一定的速度向靠近波源的方向運動(圖3-39)。在1s內(nèi)，觀察者向著波源移動了一段距離，與觀察者不動的情況相比較觀察者在1s內(nèi)接收到的完整的波的個數(shù)就會增多，也就是接收到的波的頻率增大。同樣道理，當觀察者遠離波源時，在單位時間內(nèi)接收到的完整的波的個數(shù)就會減少，也就是接收到的波的頻率減小。模擬多普勒效應為了進一步理解多普勒效應，可做這樣一個模擬實驗(圖3-40):讓一隊人沿街行走，當觀察者站在街旁不動時，每秒鐘有三個人從他身邊經(jīng)過。這種情況下，觀察者接收到的“頻率”是每秒三人，如果觀察者逆著隊伍前進方向行走，那么每秒內(nèi)與觀察者相遇的人數(shù)就會增加，也就是觀察者接收到的“頻率”增大。這種情景與觀察者逆著波的傳播方向走向波源的情況是相似的。如果觀察者順著隊伍前進方向行走，又是怎樣的情景呢?如果觀察者靜止不動，波源運動，觀察者接收到的波的頻率又如何變化呢?如圖3-41所示，波源S發(fā)出球面波，球面波的每一波面的球心就是發(fā)出該波時波源所在的位置。當波源不運動時，波紋間距是均勻的。而當波源向右運動時，相當于波面的球心向右運動，波源右方的波面變得密集，波長變短。波源左方的波面變得稀疏，波長變長。因此，在波源右方的觀察者，單位時間內(nèi)接收到完整的波的個數(shù)就增多，即接收到的頻率增大。同理，在波源左方，觀察者接收到的頻率減小?，F(xiàn)在，你能解釋為什么聽到的救護車鳴笛聲的音調(diào)會發(fā)生變化了嗎？總之，當波源與觀察者沒有發(fā)生相對運動時，觀察者接收到的波的頻率不變，即等于波源的頻率；當波源與觀察者相互接近時，觀察者接收到的波的頻率增大；當波源與觀察者相互遠離時，觀察者接收到的波的頻率減小。光波、無線電波、微波等都能發(fā)生多普勒效應2.多普勒效應的應用多普勒效應在生產(chǎn)生活中有著廣泛應用。交通警察可使用多普勒測速儀(圖3-42)測定汽車的行駛速度，判斷車輛是否超速。測速儀向行進的汽車發(fā)射某個頻率的無線電波，無線電波遇到車輛發(fā)生反射，車輛相當于反射波的波源。測速儀接收到反射波，通過分析反射波的頻率就可顯示出車輛的行駛速度。醫(yī)學上用來診斷人體心臟、血管等疾病的彩色超聲多普勒診斷儀(圖3-43)，其基本工作原理也利用了多普勒效應。醫(yī)生先用其向人體組織發(fā)射高頻率的超聲波，再根據(jù)接收的反射超聲波頻率變化來測定心臟跳動、血管血流快慢等情況，依此對病變作出診斷。電磁波的多普勒效應為跟蹤目的物(如導彈、云層等)提供了一種簡便的方法。當目的物從遠處飛向地面監(jiān)測站上空，或從地面監(jiān)測站上空飛向遠處時，如果監(jiān)測站不斷發(fā)射恒定頻率的電磁波，由于多普勒效應，地面監(jiān)測站接收到的反射波頻率會發(fā)生相應的變化。根據(jù)這種變化就可確定目的物的距離、方位、速度等。這在軍事、航天、氣象預報等領域有著廣泛的應用。能了解波、橫波和縱波的內(nèi)涵，能理解波速、波長和頻率的定量關(guān)系，能認識波的反射、折射、干涉、衍射及多普勒效應等現(xiàn)象;能解釋身邊與機械波有關(guān)的物理現(xiàn)象。具有與機械波相關(guān)的運動與相互作用觀念和能量觀念。--物理觀念3.課堂練習1.一艘漁船向魚群發(fā)出超聲波。若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與漁船發(fā)出的超聲波相比，其頻率如何變化?請說明理由。漁船向魚群發(fā)出超聲波，若魚群正向漁船靠近，波速由介質(zhì)決定，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比波速不變，根據(jù)聲音的多普勒效應，聲源移向觀察者時接收頻率變高，所以被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比頻率變高，2.關(guān)于多普勒效應，下列說法正確的是A.多普勒效應是由波的干涉引起的B.多普勒效應說明波源的頻率在發(fā)生改變C.多普勒效應是由波源與觀察者間的相對運動引起的D.只有聲波可產(chǎn)生多普勒效應CD3.根據(jù)多普勒效應，下列說法正確的是A.當波源與觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率一定與波源發(fā)出的頻率相同B.當波源與觀察者同向運動時，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低ACC.當波源與觀察者相向運動時，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率高D.當波源與觀察者背向運動時，觀察者接收到的頻率一定比波源發(fā)出的頻率低*4.公路巡警駕駛巡警車在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，該路段限速為100km/h。巡警車向前方在同一直車道上行駛的轎車發(fā)出一個已知頻率的電磁波，如果該電磁波被