物理学在工程技术中的应用.pptx

1.摩擦力抵千钧摩擦力抵千钧(qin jn)若有一艘若有一艘20002000吨的船正在水下，沿着坡度吨的船正在水下，沿着坡度为为1/201/20的光滑轨道有静止缓缓向下滑。突然由的光滑轨道有静止缓缓向下滑。突然由于于(yuy)(yuy)紧急原因，需要制止船在轨道上滑动，紧急原因，需要制止船在轨道上滑动，这就要求用这就要求用的力拉住船，这是任何大力士也无法胜任的。但的力拉住船，这是任何大力士也无法胜任的。但是，如果系船的绳索迅速在坡道边的固定桩子是，如果系船的绳索迅速在坡道边的固定桩子(zhung zi)(zhung zi)上绕几圈（如绕上绕几圈（如绕5 5圈），再用手去拉圈），再用手去拉绳索另一端，这样一个人就轻而易举地拉住了正绳索另一端，这样一个人就轻而易举地拉住了正在下滑的船。这是为什么？在下滑的船。这是为什么？第一页，共306页。如图设桩是圆柱形。如图设桩是圆柱形。绳绳索绕圆柱上，绳绕圆柱张角索绕圆柱上，绳绕圆柱张角为为 ，绳与圆柱间的静摩，绳与圆柱间的静摩擦因数为擦因数为 ，绳两端的张绳两端的张力力 和和 间关系间关系.（绳（绳的质量忽略）的质量忽略）解解 取一小取一小(y xio)段绕圆柱上段绕圆柱上的绳的绳以地面以地面(dmin)为参考系为参考系,取坐标如图所示的直角坐取坐标如图所示的直角坐标系标系两端的张力两端的张力 ，的张角的张角 第二页，共306页。圆柱对圆柱对 的摩擦力的摩擦力 圆柱对圆柱对 的支持力的支持力 第三页，共306页。若若第四页，共306页。将将代入上式，得代入上式，得第五页，共306页。车辆行驶车辆行驶(xngsh)在地面，受到重力在地面，受到重力P作作用用车辆车辆(chling)通过轮子或履带对地面通过轮子或履带对地面有压力有压力F地面对轮子或履带有支持力地面对轮子或履带有支持力因车辆可静止因车辆可静止(jngzh)于地面于地面根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：第六页，共306页。通常通常(tngchng)情况下：情况下：故：故：压力压力(yl)和支持力互为作用力与反作用力和支持力互为作用力与反作用力根据根据(gnj)牛顿第三定律：牛顿第三定律：压强的概念压强的概念故：故：在实际计算中在实际计算中S为轮为轮胎或履带接触地面胎或履带接触地面的面积的面积第七页，共306页。3.3.汽车的驱动汽车的驱动(q dn)(q dn)与制动与制动 汽车为什么能启动？有人说，这是由于汽车为什么能启动？有人说，这是由于(yuy)汽车发动机产生的驱动力使汽车启动。汽车发动机产生的驱动力使汽车启动。然而从牛顿力学然而从牛顿力学(l xu)知道，静止的物知道，静止的物体需要有外力作用，使其产生加速度，才能运体需要有外力作用，使其产生加速度，才能运动起来。动起来。汽车发动机的力是内力，内力不会使物体产汽车发动机的力是内力，内力不会使物体产生加速度。那么，汽车依靠什么外力驱动呢？生加速度。那么，汽车依靠什么外力驱动呢？第八页，共306页。一、汽车一、汽车(qch)的驱动的驱动 汽车汽车(qch)发动机内的燃气压力推动气缸内发动机内的燃气压力推动气缸内的活塞，经过一套传动机构传到后轮上，对后轮的活塞，经过一套传动机构传到后轮上，对后轮作用一个驱动力矩。该力矩是后轮作顺时针转动，作用一个驱动力矩。该力矩是后轮作顺时针转动，从而是轮子与地面的接触点有向后滑动的趋势，从而是轮子与地面的接触点有向后滑动的趋势，结果地面对后轮作用一个向前的摩擦力，这个力结果地面对后轮作用一个向前的摩擦力，这个力就是使汽车就是使汽车(qch)启动的外力，所以汽车启动的外力，所以汽车(qch)的驱动力是地面给汽车的驱动力是地面给汽车(qch)的摩擦力。的摩擦力。汽车的前轮是被动轮，它与地面相接处的点又向前滑动的趋势，使得(sh de)地面对前轮作用一个向后的摩擦力。第九页，共306页。轮式车辆轮式车辆(chling)的驱动和制动的驱动和制动物体机械运动物体机械运动(jxiyndng)的描述的描述质心的平动质心的平动(pngdng)+绕质心的转动绕质心的转动第十页，共306页。质心平动质心平动(pngdng)的描述和规的描述和规律：律：位置：位置：速度：速度：加速度：加速度：牛顿第二定律：牛顿第二定律：第十一页，共306页。绕质心转动绕质心转动(zhun dng)的的描述描述绕轴的转动绕轴的转动(zhun dng)+轴的运动轴的运动角位置：绕轴的转动角位置：绕轴的转动轴的方向轴的方向(fngxing)不变叫着定轴不变叫着定轴转动转动引起转动的物理作用就是力矩引起转动的物理作用就是力矩第十二页，共306页。第十三页，共306页。第十四页，共306页。第十五页，共306页。第十六页，共306页。二、汽车二、汽车(qch)的打滑的打滑(1)(2)(3)(4)(5)解上述解上述(shngsh)方程组，方程组，得得第十七页，共306页。后轮不打滑后轮不打滑(dhu)的条的条件为件为即即(4)(5)所以所以(6)第十八页，共306页。三、翻车三、翻车(fn ch)(4)(5)加速度增大，后面加速度增大，后面(hu mian)的支持的支持力增大，而前面的支持力减小。力增大，而前面的支持力减小。第十九页，共306页。轮式车辆轮式车辆(chling)的极限加速度和极的极限加速度和极限速度限速度第二十页，共306页。第二十一页，共306页。第二十二页，共306页。第二十三页，共306页。4.4.共振现象共振现象(xinxing)(xinxing)及其应及其应用用第二十四页，共306页。共振频率共振频率大阻尼大阻尼小阻尼小阻尼共振频率共振频率共振振幅共振振幅阻尼阻尼第二十五页，共306页。五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用三三 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的危害的危害二二 共振的条件共振的条件一一 共振的现象共振的现象第二十六页，共306页。唐朝时，洛阳有个和尚喜欢弹拨乐器(yuq)，他的房间里放着一种乐器(yuq)磬.奇怪的是，静静的磬经常自鸣自响，无缘无故地发出嗡嗡的声音.和尚和尚(h shang)的心病的心病一一 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的现象的现象第二十七页，共306页。磬无故而鸣，使和尚大为惊奇，渐渐由惊而疑，由疑而怯，一听到磬发出声音，就坐卧不安，心惊肉跳，以为(ywi)是妖孽作怪，结果忧虑成疾，病倒在床.一天，和尚向前来探望他的朋友一天，和尚向前来探望他的朋友诉说诉说(s shu)(s shu)了内心的忧虑了内心的忧虑.正在说正在说话时，寺院里的钟声响了，说来奇怪，话时，寺院里的钟声响了，说来奇怪，磬也发出了嗡嗡的响声磬也发出了嗡嗡的响声.第二十八页，共306页。和尚的朋友明白了原由，悄悄用和尚的朋友明白了原由，悄悄用钢锉在磬上锉了几处钢锉在磬上锉了几处.从此之后，磬从此之后，磬再也不会无故再也不会无故(wg)(wg)发声了发声了.和尚以和尚以为妖怪已被赶走，心事顿消，病也不为妖怪已被赶走，心事顿消，病也不治而愈治而愈.第二十九页，共306页。磬为什么会不敲自鸣呢？这是共振引起磬为什么会不敲自鸣呢？这是共振引起的一种现象的一种现象.当一物体的振动频率与另一物当一物体的振动频率与另一物体的固有频率体的固有频率(yu pn l)(yu pn l)一致时，前一致时，前者的振动能引发后者的振动者的振动能引发后者的振动.磬的频率偶然磬的频率偶然地和钟的频率一样，因此每当钟响时地和钟的频率一样，因此每当钟响时,磬也因共振而发出嗡嗡之声磬也因共振而发出嗡嗡之声.第三十页，共306页。显然，和尚的朋友深通物理知识，他不显然，和尚的朋友深通物理知识，他不仅知道这是一种共振现象，而且知道如何仅知道这是一种共振现象，而且知道如何(rh)(rh)消除这种现象消除这种现象.他巧妙地在磬上锉了他巧妙地在磬上锉了几下，这就改变了磬的固有频率，使磬与钟几下，这就改变了磬的固有频率，使磬与钟的频率不再一样，也就引的频率不再一样，也就引不起共鸣了不起共鸣了.第三十一页，共306页。秋千是个摆，有它的固有频率秋千是个摆，有它的固有频率.轻推一轻推一下使秋千微微摆动起来以后，只要按它的固下使秋千微微摆动起来以后，只要按它的固有频率周期性地施加推力，每当有频率周期性地施加推力，每当(mi dn)(mi dn)它往前摆时轻轻推它一下，尽管每次的推力它往前摆时轻轻推它一下，尽管每次的推力都很小，经过一段时间，秋千也会荡得很高，都很小，经过一段时间，秋千也会荡得很高，即发生了共振即发生了共振.荡秋千荡秋千第三十二页，共306页。木马的摆动也是如木马的摆动也是如此此.每当它往下摆时轻每当它往下摆时轻轻压它一下，尽管每次轻压它一下，尽管每次的压力的压力(yl)(yl)都很小，都很小，经过一段时间，木马也经过一段时间，木马也会摆得很高会摆得很高.骑木马骑木马(mm)(mm)第三十三页，共306页。系统在周期性外力系统在周期性外力(强迫力强迫力)作用下发作用下发生受迫振动生受迫振动(shu p zhn dn).(shu p zhn dn).在受迫在受迫振动振动(shu p zhn dn)(shu p zhn dn)时，如果外力时，如果外力的频率跟系统的固有振动频率接近或相等的频率跟系统的固有振动频率接近或相等时，受迫振动时，受迫振动(shu p zhn dn)(shu p zhn dn)达极达极大值，这种现象叫做共振大值，这种现象叫做共振.二二 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的条件的条件 条件条件(tiojin)第三十四页，共306页。A 振幅振幅(zhnf)共振共振无阻尼无阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼A 0 受迫振动受迫振动(shu p zhn dn)(shu p zhn dn)位移位移振幅达极大值振幅达极大值.条件条件(tiojin)(tiojin)：分类分类O第三十五页，共306页。受迫振动受迫振动(shu(shu p zhn dn)p zhn dn)速度振幅达极大速度振幅达极大值值.无阻尼无阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼v 0 B 速度共振速度共振条件条件(tiojin)(tiojin)：O第三十六页，共306页。周期性的驱动力跟振动周期性的驱动力跟振动“合拍合拍”时，时，每次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱每次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱动力做的都是正功，故振幅动力做的都是正功，故振幅(zhnf)(zhnf)越来越来越大，能量也越来越大越大，能量也越来越大.当驱动力不与振当驱动力不与振动动“合拍合拍”时，它做的一部分是负功，振时，它做的一部分是负功，振动系统所得能量要少，引不起共振动系统所得能量要少，引不起共振.原因原因(yuny(yunyn)n)第三十七页，共306页。三三 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的危害的危害桥梁桥梁(qio(qiolingling)倒塌倒塌雪雪 崩崩机器机器(j(j q)q)损损坏坏翻翻 船船共振危害共振危害案例案例 第三十八页，共306页。200 200年前，拿破仑率领法军入侵西年前，拿破仑率领法军入侵西班牙班牙.有一天，法国一队威武的士兵迈有一天，法国一队威武的士兵迈着整齐的步伐通过一座铁链悬桥着整齐的步伐通过一座铁链悬桥.没想没想到，行到桥中间时，突然惊天动地一声到，行到桥中间时，突然惊天动地一声巨响，铁桥巨响，铁桥(ti qio)(ti qio)从中断裂，掉落从中断裂，掉落河中，士兵们也纷纷坠入急流河中，士兵们也纷纷坠入急流.桥梁桥梁(qioling)(qioling)倒塌倒塌第三十九页，共306页。1906 1906年的一天，一队俄国骑兵齐步年的一天，一队俄国骑兵齐步通过彼得堡封塔克河上的爱纪毕特桥，通过彼得堡封塔克河上的爱纪毕特桥，突然大桥断裂突然大桥断裂.原来原来(yunli)(yunli)是士兵们是士兵们整步走的频率与桥的频率一致，引起了整步走的频率与桥的频率一致，引起了桥的共振桥的共振.三三 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的危害的危害第四十页，共306页。自从揭示了毁桥的原因后，各国军队自从揭示了毁桥的原因后，各国军队规定，过桥时不用整齐的步伐规定，过桥时不用整齐的步伐(bf)(bf)走，走，而用不整齐的碎步走，以避免共振的发生而用不整齐的碎步走，以避免共振的发生.第四十一页，共306页。在冰山雪峰间，动物的在冰山雪峰间，动物的吼叫声引起空气的振动吼叫声引起空气的振动,当当频率等于频率等于(dngy)(dngy)雪层中某雪层中某一部分的固有振动频率时一部分的固有振动频率时,会发生共振会发生共振,形成雪崩形成雪崩,因此因此,登山队员严禁高声说话登山队员严禁高声说话.雪雪 崩崩第四十二页，共306页。翻翻 船船 轮船在航行轮船在航行时，会受到周期时，会受到周期性的波浪性的波浪(blng)(blng)冲击而冲击而左右摇摆左右摇摆.第四十三页，共306页。如果波浪冲如果波浪冲击力的频率与轮击力的频率与轮船船(lnchun)(lnchun)的的固有频率相同，固有频率相同，就会发生共振，就会发生共振，摆幅增大，甚至摆幅增大，甚至可以使船倾覆可以使船倾覆.第四十四页，共306页。这时可以这时可以改变船的航向改变船的航向和速度，使波和速度，使波浪冲击的频率浪冲击的频率(pnl)(pnl)远离远离船的固有频率船的固有频率(pnl).(pnl).第四十五页，共306页。机器在工作时由于零部件机器在工作时由于零部件的运动的运动(yndng)(yndng)(如活塞轴如活塞轴的转动的转动),),也会产生周期性的也会产生周期性的策动力，使机器策动力，使机器因共振而受到损坏因共振而受到损坏.机器机器(j q)损坏损坏第四十六页，共306页。为了避免共振，设计时要注意机器为了避免共振，设计时要注意机器的转速，使机器的的转速，使机器的固有频率固有频率(pnl)(pnl)不与策动不与策动力的频率力的频率(pnl)(pnl)接近接近.第四十七页，共306页。在厂房、桥梁等在厂房、桥梁等建筑物的设计时，也建筑物的设计时，也要考虑到共振的因素要考虑到共振的因素(yn s)(yn s)而尽量设法而尽量设法避免共振避免共振.第四十八页，共306页。共振共振(gngzhn)(gngzhn)现象具有两重性现象具有两重性.我我们既要防止共振们既要防止共振(gngzhn)(gngzhn)给工农业生给工农业生产和人民生活带来危害又要利用共振产和人民生活带来危害又要利用共振(gngzhn)(gngzhn)现象为人类造福现象为人类造福.四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用第四十九页，共306页。乐器乐器(yuq)(yuq)的的共鸣箱共鸣箱电磁电磁(dinc)共振共振共振共振(gngzh(gngzhn)n)法打法打桩桩共振利用共振利用案例案例 共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用第五十页，共306页。钢琴钢琴 提琴提琴 二胡等乐二胡等乐器的木制琴身器的木制琴身,就是就是(jish)(jish)利用了共振现象利用了共振现象使其成为一共鸣箱使其成为一共鸣箱(盒盒),),将优美悦耳的音乐发送出将优美悦耳的音乐发送出去去,以提高音响效果以提高音响效果.乐器乐器(yuq)(yuq)的共鸣箱的共鸣箱四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用 第五十一页，共306页。电磁共振在生活与生产中都有很多的电磁共振在生活与生产中都有很多的应用，特别是在无线电技术中应用，特别是在无线电技术中.收音机的调谐装置就是利用了电磁共收音机的调谐装置就是利用了电磁共振现象，以接受振现象，以接受(jishu)(jishu)某一某一频率的电台广播频率的电台广播.电磁共振电磁共振四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用第五十二页，共306页。LC调谐调谐(tioxi)电路电路谐振谐振(xizhn)频率频率四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用第五十三页，共306页。在修建桥梁时需要把管柱插入江底作为在修建桥梁时需要把管柱插入江底作为基础基础,如果使打桩机打击管柱的频率如果使打桩机打击管柱的频率(pnl)(pnl)跟管柱的固有频率跟管柱的固有频率(pnl)(pnl)一致一致,管柱就会发管柱就会发生共振而激烈振动生共振而激烈振动,使周围的泥沙松动使周围的泥沙松动,管柱管柱就较容易克服泥沙的阻力就较容易克服泥沙的阻力,下插到江底下插到江底.共振共振(gngzhn)(gngzhn)法打桩法打桩四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用第五十四页，共306页。国外正在研制一种武器国外正在研制一种武器(wq),(wq),它它不用子弹、炮弹不用子弹、炮弹,也不用激光也不用激光,而是以而是以声波作声波作“子弹子弹”来杀伤敌人来杀伤敌人,这就是次这就是次声武器声武器(wq).(wq).共振共振(gngzhn)(gngzhn)武器武器四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用第五十五页，共306页。当次声武器当次声武器(c shn w q)(c shn w q)发出的发出的次声波频率同人体肌肉、内脏器官的固有次声波频率同人体肌肉、内脏器官的固有振荡频率吻合时振荡频率吻合时,能引起肌肉及内脏器官能引起肌肉及内脏器官的共振的共振,使人的五脏六腑破裂使人的五脏六腑破裂,导致死亡导致死亡.四四 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的利用的利用第五十六页，共306页。破坏破坏(phui)(phui)外力的周期性外力的周期性 改变物体改变物体(wt)(wt)的固有频率的固有频率 改变外力改变外力(wil)(wil)的频率的频率 增大系统的阻尼增大系统的阻尼基本方法基本方法:五五 共振的防止共振的防止第五十七页，共306页。在需要利用共振在需要利用共振(gngzhn)(gngzhn)的时候，应该使的时候，应该使驱动力的频率接近或等于振驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率动物体的固有频率.在需要防在需要防止共振止共振(gngzhn)(gngzhn)危害的时危害的时候，要想办法使驱动力的频候，要想办法使驱动力的频率和固有频率不相等，而且率和固有频率不相等，而且相差的越多越好相差的越多越好.五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止第五十八页，共306页。例如，播音室对隔音要求例如，播音室对隔音要求(yoqi)(yoqi)很高，常用加厚地板、墙壁的办法，使很高，常用加厚地板、墙壁的办法，使它的固有频率和声音的频率相差很多，它的固有频率和声音的频率相差很多，从而使声音的振动不会引起墙壁和地板从而使声音的振动不会引起墙壁和地板的共振的共振.五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止第五十九页，共306页。又如，电动机要安装在水泥浇注的地又如，电动机要安装在水泥浇注的地基上，与大地牢牢相连，或要安装在很重基上，与大地牢牢相连，或要安装在很重的底盘上，为的是改变基础部分的固有频的底盘上，为的是改变基础部分的固有频率率(pnl)(pnl)，以增大与电机的振动频率，以增大与电机的振动频率(pnl)(pnl)(策动力频率策动力频率(pnl)(pnl)之差来防止之差来防止基础的振动基础的振动.五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止第六十页，共306页。还可以从控制策动力的频率大小来防还可以从控制策动力的频率大小来防止止(fngzh)(fngzh)共振共振.如造电动机、风扇时，如造电动机、风扇时，都尽量使之质量分布均匀，尽量使都尽量使之质量分布均匀，尽量使其重心落在轴心上，以减小其重心落在轴心上，以减小共振带来的危害共振带来的危害.五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止第六十一页，共306页。汽车汽车(qch)(qch)的减振系统示意图的减振系统示意图车车 身身轮轴轮轴轮轴轮轴座位座位轮胎轮胎底座弹簧底座弹簧座椅弹簧座椅弹簧路面路面五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止第六十二页，共306页。活塞活塞(husi)气垫气垫(q din)台的减振原理图台的减振原理图气体(qt)地面地面平平 台台五五 共振的防止共振的防止第六十三页，共306页。弹簧弹簧(tnhung)(tnhung)减振器减振器 五五 共振共振(gngzhn)(gngzhn)的防止的防止第六十四页，共306页。多普勒效应及其应用 不知同学们是否注意过这样的现象，当一辆汽车响着喇叭从你身边(shnbin)疾驶而过时，喇叭的音调会由高变低，好像汽车驶来的时候唱着音符“i”，离开的时候就唱音符“7”了第六十五页，共306页。1842 1842年，奥地利物理年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类道旁散步时就注意到了类似的现象，他经过似的现象，他经过(jnggu)(jnggu)认真的研究，发认真的研究，发现波源和观察者互相靠近现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，观察到或者互相远离时，观察到的波的频率都会发生变化，的波的频率都会发生变化，并且做出了解释人们把并且做出了解释人们把这种现象叫做多普勒效应这种现象叫做多普勒效应 第六十六页，共306页。为了了解多普勒效应，可以做这样一个模拟为了了解多普勒效应，可以做这样一个模拟实验让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，实验让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每秒有每秒有9 9个人从他身边通过（图甲）这种情况下个人从他身边通过（图甲）这种情况下的的“过人频率过人频率”是是9 9人秒如果观察者逆着队伍人秒如果观察者逆着队伍行走，每秒和观察者相遇的人数增加行走，每秒和观察者相遇的人数增加(zngji)(zngji)，也就是频率增加也就是频率增加(zngji)(zngji)（图乙）；反之，如果（图乙）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（图丙）观察者顺着队伍行走，频率降低（图丙）甲甲乙乙丙丙第六十七页，共306页。对于对于(duy)(duy)声波和其他波动，情况相似：声波和其他波动，情况相似：当波源和观察者相对静止时，当波源和观察者相对静止时，1s1s内通过观察者内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观察到的的波峰（或密部）的数目是一定的，观察到的频率等于波源振动的频率；当波源和观察者相频率等于波源振动的频率；当波源和观察者相向运动时，向运动时，1S1S内通过观察者的波峰（或密部）内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变小源和观察者互相远离时，观察到的频率变小 第六十八页，共306页。多普勒效应在科学技术中有广泛的应用交通警车多普勒效应在科学技术中有广泛的应用交通警车向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度装有多普勒测速仪的警车有时就停能知道车辆的速度装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄(pish)下来，下来，并把测得的速度自动打印在照片上并把测得的速度自动打印在照片上第六十九页，共306页。宇宙中的星球都在不停地运动测量星球上某些宇宙中的星球都在不停地运动测量星球上某些元素发出元素发出(fch)的光波的频率，然后跟地球上这些的光波的频率，然后跟地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度远离我们的速度 医生向人体内发射频率已知的超声波，超声医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道射波的频率变化，就能知道(zh do)血流的速血流的速度这种方法俗称度这种方法俗称“彩超彩超”，可以检查心脏、大，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变脑和眼底血管的病变第七十页，共306页。多普勒效应多普勒效应(xioyng)最常见的实最常见的实例：例：当火车通过当火车通过时汽笛声的时汽笛声的变化变化.第七十一页，共306页。一一 波源波源(byun)不动不动,观察者相对介质以速度观察者相对介质以速度 运动运动 观察者向着(xing zhe)波源运动时波速波速:,内波传内波传播的距离播的距离:SP 如图如图,一观察者在点一观察者在点 P 向着波源向着波源S运动运动,速速度为度为 ,则则 时间内观察者移动的距离为时间内观察者移动的距离为第七十二页，共306页。在在 距离内的波都被观察者所接收距离内的波都被观察者所接收又又 为介质中的波长：为介质中的波长：即即SP第七十三页，共306页。观察者远离波源观察者远离波源(byun)运动时运动时 当观察者向着静止波源当观察者向着静止波源(byun)运动运动时，观察者接收到的声波频率时，观察者接收到的声波频率 高于高于 .SP 设观察者在点设观察者在点 P 远离波源远离波源S运动运动,速度仍为速度仍为 ,则则 时间内观察者移动的距离为时间内观察者移动的距离为第七十四页，共306页。SP 观察者接收到了在观察者接收到了在 距离内的波距离内的波 又又 即即 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，观察者接收到的声波频率者接收到的声波频率 低于低于 .第七十五页，共306页。二二 观察者不动观察者不动,波源相对波源相对(xingdu)介质以介质以速度速度 运动运动 波源波源(byun)向着观察者向着观察者A运动时运动时波速：波速：波长：波长：A波源向波源向A运动速度运动速度 ，一周期一周期T内波源移动内波源移动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：第七十六页，共306页。当波源向着静止的观察者运动时，观察者当波源向着静止的观察者运动时，观察者接收到的声波接收到的声波(shn b)频率高于波源的频率频率高于波源的频率.介质中的频率为：介质中的频率为：即即A第七十七页，共306页。波源远离(yun l)观察者运动时 如果波源如果波源(byun)远离观察者运动，观察远离观察者运动，观察者接收到的声波频率低于波源者接收到的声波频率低于波源(byun)的频率的频率.Au通过类似分析通过类似分析,可知可知 即即第七十八页，共306页。所以所以(suy)，两者同时相对介质，两者同时相对介质运动时运动时三三 波源波源(byun)(byun)和观察者同时相对介和观察者同时相对介质运动质运动已知：波源已知：波源(byun)静止，观察者运动静止，观察者运动观察者静止，波源运动观察者静止，波源运动注：正负号的取舍与前面相同注：正负号的取舍与前面相同则则 则则第七十九页，共306页。由上可知，不论是波源运动，还是观察由上可知，不论是波源运动，还是观察者运动，或是两者同时运动，定性地说，只者运动，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原来要两者互相接近，接收到的频率就高于原来波源的频率；两者互相远离，接收到的频率波源的频率；两者互相远离，接收到的频率就低于原来波源的频率就低于原来波源的频率.第八十页，共306页。这个圆锥面上，波的能量已被高度集中，容易这个圆锥面上，波的能量已被高度集中，容易造成巨大的破坏，这种波称为造成巨大的破坏，这种波称为(chn wi)冲击波或激波冲击波或激波.如果波源向着观察者运动的速度大于波速如果波源向着观察者运动的速度大于波速(即即 )，那么在这种情况下，急速运动，那么在这种情况下，急速运动着的波源前方不可能有任何波动产生，所有波着的波源前方不可能有任何波动产生，所有波前将被积压而聚集在一圆锥面上，如图前将被积压而聚集在一圆锥面上，如图第八十一页，共306页。应用应用(yngyng)之一：多之一：多普勒声纳普勒声纳 舰艇、油轮、货船行驶在浩舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚无垠的大海上，如何瀚无垠的大海上，如何(rh)准准确的沿着既定的目标前进呢？确的沿着既定的目标前进呢？多普勒声纳可以提供这种帮多普勒声纳可以提供这种帮助助.多普勒声纳是根据多普勒效多普勒声纳是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测应研制的一种利用水下声波来测速和计程的精密仪器速和计程的精密仪器.第八十二页，共306页。多普勒声纳一般安装多普勒声纳一般安装(nzhung)在船体底在船体底部，由一个发射器和一个接收器组成，如图中部，由一个发射器和一个接收器组成，如图中 O 点点.此时此时(c sh)，船，船上接收器接收到的频上接收器接收到的频率为：率为：PO船底a多普勒声纳多普勒声纳(shngn)原理简介原理简介第八十三页，共306页。一般还在同一位置安装一般还在同一位置安装(nzhung)一对向后一对向后的发射器和接收器，此时它收到的频率为：的发射器和接收器，此时它收到的频率为：PO船底船底a由此可得：由此可得：当当 第八十四页，共306页。应用(yngyng)之二：多普勒超声诊断探头皮肤声靶 我们以心脏病中的二尖瓣狭窄我们以心脏病中的二尖瓣狭窄(xizhi)为例，为例，说明其诊断原理说明其诊断原理.利用超声波的多普勒效应可以测定利用超声波的多普勒效应可以测定血流的速度，如果发现明显的血流异常，则可以诊血流的速度，如果发现明显的血流异常，则可以诊断二尖瓣狭窄断二尖瓣狭窄(xizhi)，确定异常血流的深度，确定异常血流的深度.第八十五页，共306页。光也存在多普勒效应光也存在多普勒效应(xioyng)，但是涉，但是涉及狭义相对论的相对性原理和光速不变原理，及狭义相对论的相对性原理和光速不变原理，较复杂较复杂.在此我们仅作简单介绍在此我们仅作简单介绍.由相对论可得：由相对论可得：注意注意(zh y)：以上两公式对电磁波同样适：以上两公式对电磁波同样适用。用。波源背离观测者运动，有波源背离观测者运动，有 波源朝着观测者运动，有波源朝着观测者运动，有 其中其中 为波源的速度为波源的速度第八十六页，共306页。1848年，法国物理学家斐索指出，注意年，法国物理学家斐索指出，注意(zh y)谱线谱线的位置能够取得观测光的多普勒效应的最佳效果的位置能够取得观测光的多普勒效应的最佳效果.因此，因此，人们把光的多普勒效应称为多普勒人们把光的多普勒效应称为多普勒-斐索效应斐索效应.应用之三：光谱线的红移应用之三：光谱线的红移宇宙膨胀学说的理论宇宙膨胀学说的理论(lln)基础基础多普勒-斐索效应(xioyng)第八十七页，共306页。应用应用(yngyng)之四：监测车辆的速度之四：监测车辆的速度（电磁波的多普勒效应）（电磁波的多普勒效应）公路上用于监测车辆速度的监测器，由微公路上用于监测车辆速度的监测器，由微波波(wib)雷达发射器、探测器及数据处理系雷达发射器、探测器及数据处理系统等组成统等组成.可以设想，当监测雷达发射频率为可以设想，当监测雷达发射频率为 的的微波被速度微波被速度 向其运动的车辆所接收后，微向其运动的车辆所接收后，微波频率变化为波频率变化为 ，即即第八十八页，共306页。然后，微波然后，微波(wib)从运动的汽车上被反射回去从运动的汽车上被反射回去.从监测器处所测得的反射波的频率为从监测器处所测得的反射波的频率为 ，即，即所以，频率差为所以，频率差为 如根据交通管理条例对汽车最高速率限如根据交通管理条例对汽车最高速率限制为制为 ，那么拍频的最大值，那么拍频的最大值 是：是：第八十九页，共306页。应用之五：预测天气的雷达应用之五：预测天气的雷达(lid)多普勒雷多普勒雷达达(lid)、尼克斯雷达尼克斯雷达(lid)（电磁波的多普勒（电磁波的多普勒效应）效应）尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪进行探尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪进行探测的一种测的一种(y zhn)新型雷达新型雷达.因为，雨滴和雪花运动方式不同，雷达因为，雨滴和雪花运动方式不同，雷达反射回的波频率也不同反射回的波频率也不同.根据雷达接收反射回来的无线根据雷达接收反射回来的无线电波的频率，就可以电波的频率，就可以(ky)分析出风、雨、雪花的运分析出风、雨、雪花的运动情况动情况.利用多普勒效应，可以利用多普勒效应，可以(ky)确定风暴是不是确定风暴是不是向这个方向刮来，并且能判定速度的大小向这个方向刮来，并且能判定速度的大小.第九十页，共306页。五花八门的磁现五花八门的磁现象象(xinxing)及磁应用及磁应用第九十一页，共306页。信鸽信鸽(xng)归巢之谜归巢之谜趋磁细菌趋磁细菌(xjn)的发现的发现生物生物(shngw)(shngw)磁的测量磁的测量生物磁的来源生物磁的来源磁的副作用磁的副作用核磁共振技术核磁共振技术动植物与磁动植物与磁磁疗法磁疗法其它磁应用其它磁应用主要参考文献主要参考文献第九十二页，共306页。信鸽信鸽(xng)(xng)爱好者都知道，如果把鸽子放爱好者都知道，如果把鸽子放飞到数百公里以外，它们还会自动归巢飞到数百公里以外，它们还会自动归巢.鸽子为鸽子为什么有这么好的认家本领呢？什么有这么好的认家本领呢？信鸽信鸽(xng)归巢之谜归巢之谜第九十三页，共306页。鸽子是怎么鸽子是怎么(zn me)(zn me)认识归家之路的认识归家之路的?是鸽子眼神好、记忆力惊人吗？不是。倘若是把是鸽子眼神好、记忆力惊人吗？不是。倘若是把鸽子装在严密遮挡的笼子里运到一个陌生的地方放飞，鸽子装在严密遮挡的笼子里运到一个陌生的地方放飞，它们它们(t men)(t men)依然能轻而易举地飞回家。依然能轻而易举地飞回家。有人说，鸽子是利用地球磁场导航的，按照此论，当有人说，鸽子是利用地球磁场导航的，按照此论，当地球磁场畸形时鸽子就不认识路了。地球磁场畸形时鸽子就不认识路了。果真如此吗？果真如此吗？第九十四页，共306页。若在鸽子头顶和脖子上绕几匝线圈，以小电若在鸽子头顶和脖子上绕几匝线圈，以小电池供电，鸽子头部就产生一个均匀的附加磁场。池供电，鸽子头部就产生一个均匀的附加磁场。当电流顺时针方向流动时，在阴天放飞的鸽子向当电流顺时针方向流动时，在阴天放飞的鸽子向四面八方乱飞，这表明：地球磁场是鸽子的导航四面八方乱飞，这表明：地球磁场是鸽子的导航罗盘。那么鸽子是怎样按照罗盘。那么鸽子是怎样按照(nzho)地球磁场来地球磁场来确定飞行方向的呢？确定飞行方向的呢？有人有人(yu rn)(yu rn)把鸽子看作有把鸽子看作有10001000欧姆电阻的半欧姆电阻的半导体，它在地球磁场中振翅飞行时，切割磁感线，因导体，它在地球磁场中振翅飞行时，切割磁感线，因而在两翅之间产生感应电动势。鸽子按不同方向飞行，而在两翅之间产生感应电动势。鸽子按不同方向飞行，因为切割磁感线方向不同，所以感应电动势也各不相因为切割磁感线方向不同，所以感应电动势也各不相同。鸽子体内的感受器官根据感应电动势就可以判别同。鸽子体内的感受器官根据感应电动势就可以判别飞行的方向。飞行的方向。第九十五页，共306页。上面上面(shng min)的讨论是阴天放飞的情况，的讨论是阴天放飞的情况，那么晴天放飞时又如何呢？试验表明，附加磁场对那么晴天放飞时又如何呢？试验表明，附加磁场对它没有影响，依然能定向飞行，这一事实说明：地它没有影响，依然能定向飞行，这一事实说明：地球磁场并不是它唯一的导航罗盘。原来，鸽子能检球磁场并不是它唯一的导航罗盘。原来，鸽子能检测偏振光，在晴天它能根据太阳的位置选取择特定测偏振光，在晴天它能根据太阳的位置选取择特定的飞行方向，并由体内生物钟对太阳的移动进行相的飞行方向，并由体内生物钟对太阳的移动进行相应的较正。应的较正。必须说明：当电流逆时针方向流动时，不管是必须说明：当电流逆时针方向流动时，不管是晴天还是阴天外地飞行晴天还是阴天外地飞行(fixng)，鸽子都能飞回，鸽子都能飞回家。家。除鸽子除鸽子(g zi)外，能检测地球磁场的还有甲虫、外，能检测地球磁场的还有甲虫、蜜蜂、苍蝇、鱼、白蚁、蜗牛等。蜜蜂、苍蝇、鱼、白蚁、蜗