第二章节多普勒效应精选文档.ppt
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1、第二章 节多普勒效应1本讲稿第一页,共三十八页当当波波源源S和和接接收收器器R有有相相对对运运动动时时,接接收收器器所所测测得得的的频频率率 R与与波波源源振振动频率动频率 S不相等,这种现象称为多普勒效应。不相等,这种现象称为多普勒效应。2本讲稿第二页,共三十八页 9 9 多普勒效应多普勒效应前面讨论的波源和观测者,相对于介质都是前面讨论的波源和观测者,相对于介质都是静止的,但在日常生活和科学观测中,经常会静止的,但在日常生活和科学观测中,经常会遇到波源或观测者相对于介质而运动的情况。遇到波源或观测者相对于介质而运动的情况。例如例如,汽车汽笛的音调,在接近观测者时比其远离,汽车汽笛的音调,在
2、接近观测者时比其远离时为高。接近时观测者听到的声波的频率要大,时为高。接近时观测者听到的声波的频率要大,远离时观测者听到的声波的频率要小。远离时观测者听到的声波的频率要小。这种因波源或观测者相对于介质的运动,这种因波源或观测者相对于介质的运动,而使观测者接受到的波的频率有所变化的现象而使观测者接受到的波的频率有所变化的现象称为称为多普勒效应多普勒效应,它是,它是 1842 年由年由多普勒多普勒首先发现的。首先发现的。下面来分析这一现象。下面来分析这一现象。3本讲稿第三页,共三十八页一一.多普勒效应多普勒效应观测者接受到的频率有赖于观测者接受到的频率有赖于波源或观测者运动的现象波源或观测者运动的
3、现象.为简单起见,假定波源和观测者在同一直线上运动为简单起见,假定波源和观测者在同一直线上运动设波源相对介质的运动速度为设波源相对介质的运动速度为 S观测者相对介质的运动速度为观测者相对介质的运动速度为 R,波在介质中的传播速度(波速)为波在介质中的传播速度(波速)为 u波源的频率用波源的频率用 S 表示;波的频率用表示;波的频率用 表示表示观测者接受到的频率用观测者接受到的频率用 R 表示。表示。4本讲稿第四页,共三十八页波源在单位时间振动次数波源在单位时间振动次数或在单位时间波源发出完整波的个数。或在单位时间波源发出完整波的个数。观测者在单位时间内接受到的完整波的个数观测者在单位时间内接受
4、到的完整波的个数介质质元在单位时间内振动次数介质质元在单位时间内振动次数或在单位时间内通过介质某点的或在单位时间内通过介质某点的完整波的个数。完整波的个数。下面分四种情况来讨论下面分四种情况来讨论5本讲稿第五页,共三十八页1.波源和观测者波源和观测者 相对介质都静止相对介质都静止在单位时间内,波源发出的完整波的个数和在单位时间内,波源发出的完整波的个数和观测者接收到的完整波的个数都等于观测者接收到的完整波的个数都等于波通过介质中任一点的完整波的个数,波通过介质中任一点的完整波的个数,6本讲稿第六页,共三十八页t 时刻时刻t+1s 时刻时刻7本讲稿第七页,共三十八页2.波源不动,观测者以速度波源
5、不动,观测者以速度 R 相对介质运动相对介质运动观测者向着波源运动,在这种情形下,观测者向着波源运动,在这种情形下,观测者在单位时间内所接收到的完整波的数目观测者在单位时间内所接收到的完整波的数目比观测者静止时要多。比观测者静止时要多。这是因为,在单位时间内,观测者所接收到的这是因为,在单位时间内,观测者所接收到的完完整整波波的的数数目目等等于于长长度度等等于于u+R 的的距距离离内内完完整整波波的的个个数。数。8本讲稿第八页,共三十八页2.波源不动,观测者以速度波源不动,观测者以速度 R 相对介质运动相对介质运动观测者所接收到的完整波的数目观测者所接收到的完整波的数目等于长度等于等于长度等于
6、u+R 的距离内完整波的个数的距离内完整波的个数9本讲稿第九页,共三十八页波源静止,波的频率等于波源的频率波源静止,波的频率等于波源的频率波源静止时,观测者向着波源运动时,波源静止时,观测者向着波源运动时,所接收到的频率等于波源频率的所接收到的频率等于波源频率的倍倍10本讲稿第十页,共三十八页当观测者远离波源时,当观测者远离波源时,按类似分析可得,按类似分析可得,观测者接收到的频率为观测者接收到的频率为倍倍波源静止时,观测者远离波源运动时,波源静止时,观测者远离波源运动时,所接收到的频率等于波源频率的所接收到的频率等于波源频率的 11本讲稿第十一页,共三十八页波源不动,观测者以速度波源不动,观
7、测者以速度 R 相对介质运动相对介质运动所接收到的频率所接收到的频率12本讲稿第十二页,共三十八页3.观测者不动,波源以速度观测者不动,波源以速度 S 相对介质运动相对介质运动假定波源以速度假定波源以速度 S 向着观测者运动,向着观测者运动,波源在运动中仍然按着自己的频率波源在运动中仍然按着自己的频率S(周期(周期TS)发射波。在这种情形下,)发射波。在这种情形下,波长波长 不再等于波源在介质中静止的时波长不再等于波源在介质中静止的时波长13本讲稿第十三页,共三十八页这是因为,这是因为,按波长定义,波长等于介质中两相邻的按波长定义,波长等于介质中两相邻的同相振动的质元间的距离,同相振动的质元间
8、的距离,A与与S同相同相而当波源运动时,它所发出的相邻的而当波源运动时,它所发出的相邻的两个同相振动状态是在不同地点发出的,两个同相振动状态是在不同地点发出的,这两个地点相隔的距离等于这两个地点相隔的距离等于 S TS14本讲稿第十四页,共三十八页15本讲稿第十五页,共三十八页由于观测者静止,所以观测者由于观测者静止,所以观测者接收到的频率等于波的频率接收到的频率等于波的频率16本讲稿第十六页,共三十八页当波源以速度当波源以速度 S 远离观测者时,远离观测者时,通过类似分析通过类似分析可得观测者接受到的频率为可得观测者接受到的频率为波源以速度波源以速度 S 向着观测者运动向着观测者运动观测者接
9、受到的频率为观测者接受到的频率为观测者不动,波源以速度观测者不动,波源以速度 S 相对介质运动相对介质运动观测者接受到的频率为观测者接受到的频率为17本讲稿第十七页,共三十八页t 时刻时刻t+1s 时刻时刻18本讲稿第十八页,共三十八页4.观测者以速度观测者以速度R,波源以速度,波源以速度 S 相对介质运动相对介质运动根据以上讨论根据以上讨论观测者不动,波源以观测者不动,波源以速度速度 S 相对介质运动相对介质运动观测者接受到的频率为观测者接受到的频率为波源不动,观测者以波源不动,观测者以速度速度 R 相对介质运动相对介质运动共同点:当波源与观测者相互接近时,共同点:当波源与观测者相互接近时,
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