多普勒效应的原理及其在列车运行等领域的运用,声学论文.docx
《多普勒效应的原理及其在列车运行等领域的运用,声学论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多普勒效应的原理及其在列车运行等领域的运用,声学论文.docx(10页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、多普勒效应的原理及其在列车运行等领域的运用,声学论文摘 要: 在科技飞速发展的现如今, 多普勒效应已被广泛应用于物理学, 医学, 天文学等各大领域当中。我们能够通过它解释我们身边发生的不少现象, 进而重新认识多普勒效应在这些领域中的应用。本文将以高中生的视角根据列车通过路口的实际情况建立适宜的物理模型, 从声学角度出发, 在理论上重点分析列车发出声音的频率在不同条件下因多普勒效应产生的变化, 并简单介绍多普勒效应在其他领域的应用。 本文关键词语: 多普勒效应; 物理建模; 接收频率; 1 、引言 在日常生活中, 我们发现:当列车通过路口时, 我们听到的声音音调会有所变化。这便是多普勒效应造成的
2、现象。多普勒效应是为纪念奥地利科学家多普勒 (Christian Johann Doppler) 而以其名字命名的, 他于1842年初次提出这一理论。这是一种当波源与观察者存在相对运动时, 观察者接收到的波的频率会发生变化的现象, 该现象被称为多普勒效应1。不仅在如声波的机械波中会出现这样的现象, 在光这类电磁波中也会发生多普勒效应 (光谱中的红移与蓝移) 1。多普勒效应的应用特别广泛, 不仅在经典物理中, 其在交通、医学、天文学等各个领域更是发挥了显着作用。因而, 对多普勒效应的原理及应用的分析探究是具有重要意义的。在这里基础之上, 本文还将通过建立列车通过时的实际情况建立物理模型帮助大家切
3、实感受多普勒效应, 并对其在当代的详细应用作简单介绍。 2 、多普勒效应的原理 多普勒以为, 当波源与观察者存在相对运动时, 观察者接收到的波的频率和波长会发生变化2。在波源频率保持不变的情况下, 波源相对观测者远离时, 观测者接收的频率变低, 波长变长;而波源相对观测者靠近时, 观测者接收的频率变高, 波长变短。 假设波源的频率为f0, 波长为 , 周期为T, 波在介质中传播的速度为v, 观测者接收到的波频率为f。下面将通过三种情况讨论分析多普勒效应的作用效果: 2.1、 观测者相对于参考系静止, 波源作相对运动 图1 仅波源作相对运动示意图 假设观测者静止, 波源以速度vA相对于观测者运动
4、 (假设vA方向与观测者成夹角 , 如此图1) , 则观测者接收到波的频率为: 式 (1) 讲明, 当波源相对于观测者运动方向成锐角时, cos 0, 观测者接收到波的频率比波源本来的频率大;当波源相对于观测者运动方向成顿角时, cos 0, 观测者接收到波的频率比波源本来的频率小;当波源相对于观测者运动方向成直角时, cos =0, 观测者接收到波的频率与波源本来的频率相等。 2.2、 波源相对于参考系静止, 观测者作相对运动 图2 仅观测者作相对运动示意图 假设波源静止, 观测者以速度v相对于波源运动 (假设v方向与波源成夹角 , 如此图2) , 则观测者接收到波的频率为3 式 (2) 讲
5、明, 当观测者相对于波源运动方向成锐角时, cos 0, 观测者接收到波的频率比波源本来的频率大;当观测者相当于波源运动方向成钝角时, cos 0, 观测者接收到波的频率比波源本来的频率小;当观测者相对于波源运动方向成直角时, cos =0, 观测者接收到波的频率与波源本来的频率相等。 2.3 、波源与观测者同时作相对运动 图3 波源与观测者同时作相对运动示意图 假设波源以速度vA、观测者以速度v同时相对于参考系运动时 (若vA和v相对于x轴有夹角, 则分别设为 与 , 如此图3) , 观测者接收到波的频率为3: 式 (3) 是普遍意义下机械波的多普勒效应的表示出式, 讲明波源与观测者相向运动
6、时, 观测者接收到波的频率比波源本来的频率大;波源与观测者相离运动时, 观测者接收到波的频率比波源本来的频率小。 综合以上多普勒原理的分析, 我们不难知道, 波源与观测者二者作相向运动时, 观测者接收到波的频率大于波源本来的频率;二者作相离运动时, 观测者接收到波的频率小于波源本来的频率;十分地, 当二者不存在相对运动时, 观测者接收到波的频率不发生变化。 进一步分析可知, 二者在相向运动时, 观测者接收到的波是被 压缩 的波, 波长变短, 接收频率升高;而二者在相离运动时, 观测者接收到的波是被 拉伸 的波, 波长变长, 接收频率降低。 多普勒效应存在于任意波动经过之中, 其在我们的日常生活
7、中无处不在。下面本文将对生活中最常见的例子 列车运行经过进行分析, 并以此为例详细阐述多普勒效应在生活中的应用。 3、 多普勒效应在列车运行中的应用 图4 列车运动示意图 如此图4所示, 我们能够根据实际情况抽象出平面直角坐标系中的理想化物理模型。将观测者与列车视为质点, 假设v为列车的运行速度, 为列车与观测者的连线与列车速度v的方向 (即坐标平面中x轴正方向) 的夹角, r为二者连线的长度。 假设观测者静止, 下面分别讨论在列车运行速度不变、列车与观测者垂直距离改变的情况下, 观测者接收到的声音频率随时间的变化规律;以及在列车与观测者垂直距离不变、列车运行速度改变的情况下, 观测者接收到的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 文化交流
限制150内