多普勒效应及应用

多普勒效应及应用多普勒效应及应用物理学第五版多普勒效应及应用多普勒效应及应用物理学应用介绍 1 物理学第五版多普勒效应及应用多普勒 C.DOppler，1803—1853 ，奥地利物理学家, 奥地利物理学家, 他于1842年第一次论证他于年第一次论证了相互转动的双星系统所发射的光的频率的微小变化，小变化，继而又讨论了声源与观察者之间相对运动时，运动时，观察者所接收的声波频率的变化. 的声波频率的变化. 物理学应用介绍 2 物理学第五版多普勒效应及应用如果波源或观察者或两者都相对...

多普勒效应及应用物理学第五版多普勒效应及应用多普勒效应及应用物理学应用介绍 1 物理学第五版多普勒效应及应用多普勒 C.DOppler，1803—1853 ，奥地利物理学家, 奥地利物理学家, 他于1842年第一次论证他于年第一次论证了相互转动的双星系统所发射的光的频率的微小变化，小变化，继而又讨论了声源与观察者之间相对运动时，运动时，观察者所接收的声波频率的变化. 的声波频率的变化. 物理学应用介绍 2 物理学第五版多普勒效应及应用如果波源或观察者或两者都相对于介质运动, 运动那么观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同. 的频率就不相同这种现象叫做多普勒效应这种现象叫做多普勒效应. 多普勒效应物理学应用介绍 3 物理学第五版多普勒效应及应用多普勒效应最常见的实例: 当火车通过时汽笛声的变化. 变化物理学应用介绍 4 物理学第五版多普勒效应及应用波源不动,观察者相对介质以速度一波源不动观察者相对介质以速度 v0运动 ? 观察者向着波源运动时波速: 波速 u, dt 内波传播的距离: 播的距离: udt u S v0 v 0 dt P udt 如图,一观察者在点向着波源S运动运动, 如图一观察者在点 P 向着波源运动速度为v0 , 则dt 时间内观察者移动的距离为 v0 dt 物理学应用介绍 5 物理学第五版多普勒效应及应用在 (u + v0 )dt 距离内的波都被观察者所接收又 ν ′ = (u + v0 ) / λb 为介质中的波长: λb为介质中的波长: λb = u / ν b νb =ν 即 S u v0 v 0 dt P udt ν ′ = [(u + v0 ) / u ]ν = (1 + v0 / u )ν ν′ = (1+ v0 / u)ν 物理学应用介绍 6 物理学第五版多普勒效应及应用当观察者向着静止波源运动时，观察当观察者向着静止波源运动时，者接收到的声波频率 ν ′高于 ν . ? 观察者远离波源运动时 v 0 dt S P v0 udt 远离波源S运动运动, 设观察者在点 P 远离波源运动速度仍为 v0 ,则 dt 时间内观察者移动的距离为 v0 dt 则物理学应用介绍 7 物理学第五版多普勒效应及应用 v 0 dt udt 观察者接收到了在 (u ? v0 )dt 距离内的波又 ν ′ = (u ? v0 ) / λb λb = u / ν 即 ν ′ = [(u ? v0 ) / u ]ν = (1 ? v0 / u )ν S P v0 ν′ = (1? v0 / u)ν 当观察者远离静止波源运动时，观察当观察者远离静止波源运动时，者接收到的声波频率 ν ′低于 ν . 物理学应用介绍 8 物理学第五版多普勒效应及应用观察者不动, 二观察者不动波源相对介质以速度 vs 运动波源向着观察者A运动时 ? 波源向着观察者运动时 u S1 S2 vsT A λ 波速: 波速: u 波长: 波长:λ = uT 波源向A运动速度一周期T内波源移动波源向运动速度 vs，一周期内波源移动λb 被观察者接收到的介质中的波长为: 被观察者接收到的介质中的波长为: λb = λ ? vsT = (u ? vs )T = (u ? vs ) /ν 物理学应用介绍 9 物理学第五版多普勒效应及应用 u S1 S2 vsT A λ λb (u ? vs ) /ν 介质中的频率为: 介质中的频率为: ν b = u / λb = [u /(u ? vs )]ν 即 ν ′ = [u /(u ? vs )] ν 当波源向着静止的观察者运动时，观察当波源向着静止的观察者运动时，者接收到的声波频率高于波源的频率. 物理学应用介绍 10 物理学第五版多普勒效应及应用 u ? 波源远离观察者运动时 S2 S1 vsT 通过类似分析, 通过类似分析,可知即 u A λ λb = λ + vsT = (u + vs )T = (u + vs ) /ν ν ′ = [u /(u + vs )] ν 如果波源远离观察者运动，观察者接收如果波源远离观察者运动，到的声波频率低于波源的频率. 物理学应用介绍 11 物理学第五版多普勒效应及应用例一辆救护车以 25 m?s-1 的速度在静止的空气中行驶，止的空气中行驶，假设车上鸣笛的频率为 800 Hz ，求:静止站在路边的人听到救护车驶近和离去时的鸣笛声波的频率. 车驶近和离去时的鸣笛声波的频率 (设空气中声速 330 m?s-1 . ) vs = 25 m ? s -1 ν = 800 Hz 物理学应用介绍 12 物理学第五版多普勒效应及应用救护车驶近时运用公式: 解救护车驶近时，运用公式: ν ′ = [u /(u ? vs )] ν 得: ν ′ = [330 /(330 ? 25)] × 800 = (330 / 305) × 800 = 865.6 Hz vs = 25 m ? s -1 ν = 800 Hz 物理学应用介绍 13 物理学第五版多普勒效应及应用当救护车离去时救护车离去时 ν ′ = [u /(u + vs )] ν = [330 /(330 + 25)]×800 = (330 / 355) ×800 = 734.7 Hz vs = 25 m ? s -1 ν = 800 Hz 物理学应用介绍 14 物理学第五版多普勒效应及应用思考题: 思考题:波源向着观察者运动和观察者向着波源运动，察者向着波源运动，都会产生频率增高的多普勒效应.同样，增高的多普勒效应.同样，远离时都会产生频率降低的多普勒效应，都会产生频率降低的多普勒效应，这两种情况有何区别? 这两种情况有何区别? 物理学应用介绍 15 物理学第五版多普勒效应及应用三则波源和观察者同时相对介质运动已知:波源静止，已知:波源静止，观察者运动 ν′ = [(u ? v0 ) / u] ν ν ′ = [u /(u ? vs )] ν 观察者静止，观察者静止，波源运动则所以，所以，两者同时相对介质运动时 ν ′ = [(u? v0 ) /(u ? vs ] ν 注:正负号的取舍与前面相同物理学应用介绍 16 物理学第五版多普勒效应及应用由上可知，不论是波源运动，还是观由上可知，不论是波源运动，察者运动，或是两者同时运动，定性地说，察者运动，或是两者同时运动，定性地说，只要两者互相接近，接收到的频率就高于只要两者互相接近，原来波源的频率;两者互相远离，接收到原来波源的频率;两者互相远离，的频率就低于原来波源的频率. 物理学应用介绍 17 物理学第五版多普勒效应及应用如果波源向着观察者运动的速度大于波速 (即 vs > u )，那么在这种情况下，急速运动着即，那么在这种情况下，的波源前方不可能有任何波动产生

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