2022-2023学年高二物理竞赛课件：多普勒效应

多普勒效应 【引言】前面讨论的波动过程，是假定波源与观察者都相对于介质静止的情形，所以观察者接收到的波的频率与波源的频率相同。那么，如果波源与观察者之间有相对运动，将会发生什么？ 【例】日常生活经验：当一列火车迎面开来时，听到火车汽笛的声调变高，即频率增大；当火车远离而去时，听到火车汽笛的声调变低，即频率减小。 多普勒效应——波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率与波源发射频率不相同的现象。奥地利物理学家多普勒在1842年发现。 问题： 假定波源、观察者的运动发生在两者的连线上 波源相对介质的速度 波在介质中的传播速度 波源振动的频率 （波的频率） 波源、观察者有相对运动 与 的关系 观察者相对介质的速度 介质中某点振动的频率 观察者探测的频率 求 一、波源不动，而观察者以速度 v0 相对介质运动 观察者接收的频率 观察者向波源运动 观察者远离波源  R uT · S b 此时介质中的波长为 现在波的频率为 由于观察者静止，所以他接收到的频率就是波的频率，即 ，因此， 波源向观察者运动 观察者接收的频率 波源远离观察者 三、波源与观察者同时相对介质运动 综合以上两种情况，可得：当波与观察者同时相对介质运动时，观察者所接收到的频率为 观察者向波源运动 + ，远离 . 波源向观察者运动 ，远离 + . 若波源与观察者不沿二者连线运动 机械波： 只有纵向效应 四、冲击波 当 时，波源就会冲出自身发出的波阵面,它所发出的波的一系列波面的包络是一个圆锥体,称为马赫锥,在这个圆锥上，波的能量高度集中,形成冲击波或激波，如核爆炸、超音速飞行等。 uΔt · S vS · · · · vSΔt 马赫锥 —— 马赫数 高能带电粒子在介质中的速度超过光在介质中的速度时，将发生锥形的电磁波——切连柯夫辐射。 超音速的子弹 在空气中形成 的激波 （马赫数为2 ） 超声多普勒效应测血流速 五、多普勒效应的应用： 警察用多普勒测速仪测速 多普勒天气雷达 多普勒水流测速仪 多普勒导航系统 美国AH-64“阿帕奇”直升机 法国幻影2000战斗机 马航失联航班 海事卫星可利用多普勒效应来确定飞机的飞行方向、方位和速度 1） 解 例1 A、B 为两个汽笛，其频率皆为500Hz，A 静止，B 以60m/s 的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一观察者O，以30m/s 的速度也向右运动. 已知空气中的声速为330m/s，求： A O B 1）观察者听到来自A 的频率 2）观察者听到来自B 的频率 3）观察者听到的拍频 3） 观察者听到的拍频 A O B 3）观察者听到的拍频 2）观察者听到来自B 的频率 例1 A、B 为两个汽笛，其频率皆为500Hz，A 静止，B 以60m/s 的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一观察者O，以30m/s 的速度也向右运动. 已知空气中的声速为330m/s，求： 2） 解 例2 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为 的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为 . 已知空气中的声速为 ， 求车速 . 解 1）车为接收器 2）车为波源 车速 $