大学物理09--6多普勒效应
大学物理实验多普勒效应
多普勒效应实验报告学院化学与生物工程学院班级化学1701 学号姓名一、实验目的与实验仪器实验目的1、了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。
2、利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械能转化的规律。
实验仪器ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。
二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1、声波的多普勒效应当声源相对介质静止不动时，声波的频率f0，波长λ0以及波速U0表示为f0=U0/λ0则观测频率f、观测波长λ和观测波速U的关系f=U/λ当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0，则f=（U0+V0）/λ０联立，得f=（U0+V0）/λ０=（f0λ0）/λ0=（1+V/U0）f0当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0，则f’=U’/λ’=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f当声源与接收器运动如图时f=（U0+V1COSθ１）/( U0-V2 COSθ２)2、马赫锥ａ＝arcsin（U０／V０）＝arcsin（１／M）U０为波速，V为飞行器速率，ａ为马赫角，M为Ｖ／Ｕ０马赫数3、天文学中的多普勒效应观察两波面的时间ｔ＝（λｃ／（C+Vｃ））／（１／（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２）＝（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２／（（１＋Ｖｃ／Ｃｃ）ｆｃ）三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）１、超声波的多普勒效应（１）、组装仪器（２）、打开实验控制箱，调至室温，记录共振频率ｆ０（３）、选择多普勒效应验证实验（４）、修改测试总数（５）、为仪器充电，确定失锁指示灯处于灯灭状态（６）、选定滑车速率，开始测试（７）、选择存入或者重测（８）、重新选择速度，重复（６）、（７）（９）、记录实验数据２、用多普勒效应研究恒力下物体的运动规律（１）、测量钩码质量和滑车质量（２）、连接仪器（３）、选中变速运动测量（４）、修改测量总次数（５）、选中开始测试，立即松开钩码（６）、记录测量数据（７）、改变砝码质量，重复（１）到（６）四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）表4.12-1 多普勒效应的验证与声速的测量t c = 24 ℃f0 = 40001 Hz次数i 1 2 3 4 5v/(m/s) 0.41 0.59 0.75 0.87 0.98Fi/Hz 40049 40070 40089 40103 40116斜率k=f0/u0=117.6声速u0= 340.1m/s当t= 24℃时，u t = 345.7 m/s误差|σ|= 1.6 %表4.12-2 滑车在钩码驱动作用下的运动规律测量滑车质量m0= 595.2 g 采样步距t0= 0.05 s序号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 砝码质量m1/gt i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 56.4f i/Hz 40040 40042 40051 40048 40053 40057 40063 40065 40067 40075t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 92.6f i/Hz 40067 40075 40077 40083 40087 40095 40102 40112 40118 40124t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 104.5f i/Hz 40073 40077 40083 40087 40097 40100 40114 40118 40126 40132t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 116.4f i/Hz 40067 40069 40081 40087 40100 40100 40114 40120 40130 40136m1= 56.4 g v-t 关系表t i/(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 v/(m/s)0.337 0.354 0.432 0.406 0.449 0.484 0.536 0.553 0.570 0.640理论值：a0= 0.848 m/s2实验值：a= 0.638 m/s2误差|σ|= 24.8%m1= 92.6 g v-t 关系表t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45v/(m/s)0.570 0.640 0.657 0.709 0.743 0.812 0.873 0.960 1.011 1.063理论值：a0= 1.319 m/s2实验值：a= 1.104 m/s2误差|σ|= 16.3%t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45v/(m/s)0.622 0.657 0.709 0.743 0.830 0.856 0.977 1.011 1.080 1.132理论值：a0= 1.464 m/s2实验值：a= 1.187 m/s2误差|σ|= 18.9 %t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 v/(m/s)0.570 0.588 0.691 0.743 0.856 0.856 0.977 1.028 1.115 1.167理论值：a0= 1.603 m/s2实验值：a= 1.387 m/s2误差|σ|= 13.5%五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系的实验时1、应该先调好皮带松紧度（1）皮带过松，带动皮带的转轮与皮带之间打滑，使小车速度发生变化，且容易导致小车自动返回后与控制器存在碰撞。
大学物理实验多普勒效应
准备实验器材
确保声源和接收器能够正常工 作，测量仪器和记录仪已校准 。
放置接收器
将接收器放置在声源的一侧， 确保声波能够被接收器接收。
分析数据
根据记录的数据，分析多普勒 效应的现象和规律。
数据记录与处理
数据记录
在实验过程中，应实时记录声波 的频率、波长等参数，以及接收 器和声源的位置和角度等信息。
大学物理实验多普勒效应
汇报人： 2024-01-04
• 多普勒效应概述 • 实验目的与要求 • 实验器材与步骤 • 实验结果与分析 • 实验总结与思考
01
多普勒效应概述
多普勒效应的定义
总结词
多普勒效应是指波源和观察者之间相对运动时，观察者接收到的波长和频率发生 变化的现象。
详细描述
多普勒效应是物理学中一个重要的概念，它描述了波源和观察者之间相对运动时 ，观察者接收到的波长和频率的变化情况。当波源和观察者之间存在相对运动时 ，观察者感受到的波长和频率会发生变化，这种现象被称为多普勒效应。
VS
减小误差的方法
为了减小误差，我们采用了高精度的测量 工具，严格控制实验条件，并对数据进行 多次测量和取平均值处理，以提高结果的 可靠性。同时，我们还采用了合适的数学 模型和统计方法对数据进行处理和分析， 以减小误差对结果的影响。
05
实验总结与思考
实验总结
实验目的达成情况
通过本次实验，学生成功观察到了多普勒效 应的现象，并利用公式测量了声源与观察者 之间的相对速度。
实验操作流程
实验操作流程清晰，从设备安装到数据测量，再到 结果分析，每一步都有详细的指导。
数据记录与处理
多普勒效应测声速实验报告
课程名称：大学物理实验（一）实验名称：多普勒效应测声速
图1 用李萨如图观察相位变化
位相比较法信号输出
CH2分别接换能器发射端和接收端，示波器的“扫描信号周期”选择“器之间的距离时，示波器在一个周期内将有如下显示：
φ1−φ2=0 π
4π
2
3π
4
π 5π
4
3π
2
7π
4
2π
（两个同斜率直线所对应的换能器间距为一个波长）
图2 信号发生器
3.示波器：用来观察超声波的振幅、相位和频率
图3 示波器
4.实验仪器使用时的注意事项
a)使用超声声速测量仪进行测量时注意避免空程差以及发射头S1和接收头S2不能相碰，以免损坏。
图1 线路连接示意图
、把载接受换能器的小车移动到导轨最右端并把试验仪超声波发射强度和接受增益调到最大。
图2 主测试仪面板图
图3 智能运动控制平台。
大学物理课件-多普勒效应
(2) 若觀測者向波源靠近，則 vO > 0 ；反之，vO < 0。
二、觀察者靜止，波源運動
' uT sT
u
u
u
s
s
u
vST
uT
說明
( 一個週期內的波形圖 )
若波源向觀測者運動，則 vS > 0 ；反之，vS < 0。
三、波源和觀察者同時運動
u'
u vO
vST
u u
vO vS
S
u、vO 、vS 分別是波、觀察者 O 及波源S 相對介質的運動速度。
馬赫角 sin u
vS
vSt
ut
超音速的子彈在空氣中形 成的激波 (馬赫數為 2 )
(3) 電磁波的多普勒效應
1＋v
（ f 接近）＝
c 1v
fs
c
1v
（ f 远离）＝
c 1 v
fs
c
(4) 應用:監測車輛行駛速度、測量血液流速、跟蹤衛星等。
員警用多普勒測速儀測量車速
超聲多普勒血流儀測量血液的流速
S
1500
m
波相對觀察者的速度為
u' u vs
觀察者接收到的頻率為
u u
vo vS
S
330 6 1500 330 22
1432
Hz
12.7 多普勒效應
觀察者 O 、波源 S 運動，會使觀察者接收到的頻率 與波源頻率 S 不同。
研究：波源和觀測者在二者連線上運動所導致的多普勒效應
一、波源靜止，觀察者運動
u' u vo u vo
u / S
(1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
vo u
大学物理多普勒效应
波的传播介质
波的传播介质会影响多普勒效应的频率变化。在密度较大 的介质中，波的传播速度较慢，观察者接收到的频率变化 较小；在密度较小的介质中，波的传播速度较快，观察者 接收到的频率变化较大。
传播介质的性质对多普勒效应的影响较为复杂，需要具体 问题具体分析。
波的频率
波的频率也会影响多普勒效应的频率 变化。高频率的波更容易受到多普勒 效应的影响，而低频率的波则相对较 为稳定。
01
02
03
声波应用
在日常生活中，多普勒效 应在声波领域的应用非常 广泛，如超声波诊断、声 呐、雷达测速等。
光波应用
在光学领域，多普勒效应 可以用于测量天体的运动 速度和宇宙中的距离。
交通领域应用
多普勒效应也被广泛应用 于交通领域，如测速雷达 、移动通信中的信号传输 等。
02
多普勒效应的原理
波的传播与干涉
在实际应用中，需要根据波的特性和 需求来考虑多普勒效应的影响。
05
多普勒效应的意义与未来发展
在物理学中的重要性
揭示波的传播与接收之间的相对性
多普勒效应是物理学中一个重要的概念，它揭示了波的传播与接收之间的相对性。通过多普勒效应的研究，人们 可以深入理解波的传播机制和规律。
提供测量天体物理参数的方法
光波多普勒效应的实验
01
实验设备
光源、干涉仪、测量仪器、记录设备等。
02
实验过程
将光源和干涉仪分别固定在两个相对位置上，调整光源频率，使干涉仪
接收到不同频率的光波，记录并分析干涉仪输出的干涉条纹。
03
实验结果
当光源向干涉仪移动时，干涉仪接收到的光波频率会比光源的实际频率
高；反之，当光源远离干涉仪时，干涉仪接收到的光波频率会比光源的
【大学物理实验】 多普勒效应 实验报告
， 其中 x 0 为距离差引起的相位角的滞后项， c 0 为声速。
c0
然后分多种情况考虑多普勒效应的发生：
1.1 声源运动速度为 V S ，介质和接收点不动 假设声源在移动时只发出一个脉冲波， 在 t 时刻接收器收到该脉冲波， 则可以算出从零时刻到声
源发出该脉冲波时， 声源移动的距离为V S (t x c0 ) ， 而该时刻声源和接收器的实际距离为
步骤与操作方法： 1. 时差法测声速 1.1 通过调节滚花帽， 将接收换能器调到距发射换能器 12cm 处，记录接收换能器接收到 的脉冲信号与原信号时间差。 1.2 将接收换能器分别调至 12cm、13cm……19cm 处，分别记录各位置时间差。（注意避 开时间不稳定的区域， 使用稳定的区域进行测量）
p
p 0 cos
1 M
S
t
x0 c0
可见接收器接收到的频率变为原来的 1 , 即:
1 MS
f fS
1 M S
（声源运动）
1.2 根据同样的计算法，通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始位移量，便 可以得到声源、介质不动，接收器运动速度为 V r 时， 接收器接收到的频率为
f r (1 M r ) f (1 V r ) f c
0
（接收器运动）
1.3 介质不动，声源运动速度为 V S ，接收器运动速度为 V r ，可得接收器接收到的频率为
f rs 1 M r f 1 M s
（声源， 接收器都运动）
1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度（真实声速并没有发 生变化）， 导致计算收发声时的实时位移量变为 x x 0 V m t ， 通过同样的计算法， 可以得到此 状态下接收器收到的频率为（以介质向接收器运动时， 马赫数记为正） f m (1 M m ) f （介质运动） 另外， 当声源和介质以相同的速度和方向运动时， 接收器收到的频率不变（从定性的分析即可得 到这一点结论）。
多普勒效应
作业
P170 14 16 18 21 24
6-8
多普勒效应
第六章 机械波
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的 旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认 识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根 据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度 v与距地球的距离r成正比，即v=Hr,H为哈勃常数。根 据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇 宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小。 1948年伽莫夫（G. Gamow）和他的同事们提出大爆 炸宇宙模型。多普勒效应使人们对距地球任意远的天 体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的 光的频谱就行了。
例2 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为 100 kHz 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 c 330ms 1,求车速 " 110kHz
v0
解
c v0 1）车为接收器 ' c c v0 c ' 2）车为波源 " c vs c vs " 车速 v0 vs c 56.8 km h 1 "
6-8
多普勒效应
第六章 机械波
多普勒在数学方面显示出超常的水平，1825 年他 以各科优异的成绩从维也纳工学院学习毕业。在这之 后他回到萨尔茨堡教授哲学, 然后去维也纳大学学习 高等数学，力学和天文学。当多普勒在 1829 年在维 也纳大学学习结束的时候，他被任命为高等数学和力 学教授助理。之后又当过工厂的会计员，然后到了布 拉格一所技术中学任教，同时任布拉格理工学院的兼 职讲师。到了1841年，他才正式成为理工学院的数学 教授。多普勒是一位严谨的老师,曾经被学生投诉考试 过于严厉而被学校调查。繁重的教务和沉重的压力使 多普勒的健康每况愈下。1850年，他获委任为维也纳 大学物理学院的第一任院长，可是他在三年后1853 年 3月17日在意大利的威尼斯去世，年仅四十九岁。
多普勒效应
多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。
他认为声波频率在声源移向观察者时变高,而在声源远离观察者时变低。
一个常被使用的例子是火车,当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。
同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。
把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动是更接近你自己。
而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。
或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
为了了解多普勒效应，还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，每秒有9个人从他身边通过（下图甲）。
这种情况下的"过人频率"是9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，也就是频率增加（下图乙）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（下图丙）。
对于声波和其他波动，情况相似：当波源和观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰（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；当波源和观察者相向运动时，1s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，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变小．多普勒的故事奥地利物理学家多普勒生于1803年，是萨尔茨堡一名石匠的儿子。
父母本来期望他子承父业，可是他自小体弱多病，无法当一名石匠。
他们接受了一位数学教授的意见，让多普勒到维也纳理工学院学习数学。
多普勒毕业后又回到萨尔茨堡修读哲学课，然后再到维也纳大学学习高级数学、天文学和力学。
毕业后，多普勒留在维也纳大学当了四年教授助理，又当过工厂的会计员，然后到了布拉格一所技术中学任教，同时任布拉格理工学院的兼职讲师。
到了1841年，他才正式成为理工学院的数学教授。
多普勒是一位严谨的老师。
他曾经被学生投诉考试过于严厉而被学校调查。
大学物理学第十六章第八节(多普勒效应)
实验步骤
将声源和接收器固定在相对位置，使 声源发出连续的声波，接收器接收声 波并转换为电信号，通过测量仪器记 录信号频率。
光波多普勒效应的实验
01
实验设备
光源、干涉仪、测量仪器（如光谱分析仪）
02 03
实验步骤
将光源发出的光波通过干涉仪分束，一束作为参考光，另一束作为信号 光，信号光照射到运动物体上反射回来后与参考光干涉，通过测量仪器 记录干涉条纹的变化。
实验结果
当运动物体靠近或远离光源时，干涉条纹会发生变化，表现为多普勒效 应。
实验结果分析
分析多普勒效应的规律
通过实验数据，分析多普勒效应的规律，包括频率变化与相对速 度之间的关系、波长与频率之间的关系等。
验证理论模型
将实验结果与理论模型进行比较，验证理论模型的正确性和适用范 围。
应用拓展
探讨多普勒效应在生产生活中的应用，如雷达测速、医学超声成像 等。
对未来学习的规划
深入研究多普勒效应
计划进一步深入学习多普勒效应的相关知识，了解其在不同领域 的应用。
探索物理学的其他领域
计划探索物理学其他领域的知识，如电磁学、光学等，以拓宽知识 面。
提高解决实际问题的能力
计划通过解决实际问题，提高运用物理知识解决实际问题的能力。
THANKS
感谢观看
05
结论
本节内容的总结
多普勒效应的定义
01
多普勒效应是指波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收
到的波长会发生变化的现象。
多普勒效应的原理
02
当波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收到的波的频率
会发生变化，这种现象称为多普勒效应。
多普勒效应的应用
03
多普勒效应
多普勒J.C.Doppler 1803－1853
多普勒效应
假设: 声源和观测者在同一直线上运动, 且令
vS———声源相对介质的速度 声源相对介质的速度声源相对
介质的 速度声源相对介质的
速度————Sv0————观测者相
对一介般质情的况速: 度v0观 测0，者v相s对0 介质
的则速观度测观者测实者际相接受对的介频质率的为
v0 0，vs 0
(u v )Ts s
u v s
u u u vs
多普勒效应
波源 S相对介质以速度vSSSS远离观测者运动时远离观测者运 动时远离观测者运动时远离观测者运动时
v0 0，vs 0
(u v )sT s
u v s
u u u vs
u
umvs
多普勒效应
(三)声源和观测者在同一直线上运动
vs 0，v0 0
v0 v0
u
1 v0 u v0
u u
多普勒效应
观测者相对介质以速度v0远离波源运动时远离波源运动时 远离波 源运动时远离波源运动时000
vs0，vv000
u
1v0 u0 v
u u
SS
OOOO
v0v000000
uv 0
u
多普勒效应
(二)观测者静止在介质中, 波源 S相对介质以速度vS向SSS 着观测者运动.
二、多普勒效应应用
雷 达 测 速
汽车速率:
v c 2s
为什么?
多普勒效应
多普勒效应
例题 火车以 20 m·s-1的速度行驶, 若机车汽笛的频率为 500Hz, 问: (1)一静止观察者在机车前和机车后所听到的声 音频率各为多少?(2)设另有一列火车上有乘客, 当该列火车 以 10 m·s-1的速度驶近或驶离第一列火车, 乘客听到的声音 频率各为多少?(已知空气中声波的速率为340 m·s-1)
对多普勒效应的研究
Tr (t ) T (1
v0 at ) u
（15）
可以看出接收器接受到的信号周期大致与时 间成线性关系，与图 2 吻合。
T=0.05 的
n ( n1) 与 n 的关系曲线图 0
2，波源相对于介质做匀速直线运动， 但不与接收器保持在同一直线上
1 Ln L v0 nT an 2T 2 2
（2）
所以，则接收器接受到第 n 个脉冲的时间为：
L t nr t n n nT u
1 L v0 nT an 2T 2 2 u
（4）
图 2：
因此，接收器在接受到第 n 个与第 n+1 个脉冲 之间的时间间隔与对应频率为为：
2009 大学生物理实验研究论文
如图 1， 在 t=0 时刻， S （source） 向着 R （receiver） 做初速为 v0，加速度为 a 的匀加速直线运动，此时 二者距离为 L。设波源发出的脉冲频率为 f，周期 为 T，波速为 u。假设 L 与 u 较大而 a 较小，则发 出的第 n 个脉冲的时间为： tn=n*T （n=1， 2， 3……） (1) tn 时刻，S 与 R 的距离为：
n ( n1) 0
与 n 的关系曲线图 （参数选择： a=-0.4，
v0=1, u=10, T=0.05） 当 a=0 时，则接收器收到的频率为
Tn ( n1) t ( n 1) r t nr T (1
2v0 aT (2n 1) ) 2u
（ 5）
n ( n1)
1 Tn ( n1) T ( r (nT T ) r (nT ) ) u
大学物理之多普勒效应课件
医学应用
超声频移诊断法，即D超，此法应用多 普勒效应原理， 当声源与接收体(即探头和 反射体)之间有相对运动时，回声的频率有 所改变，此种频率的变化称之为频移， D超 包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒 血流图像。
彩色多普勒超声一般是用自相关技术 进行多普勒信号处理，把自相关技术获得 的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二 维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图 像。由此可见，彩色多普勒超声(即彩超) 既具有二维超声结构图像的优点，又同时 提供了血流动力学的丰富信息，实际应用 受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉 为“非创伤性血管造影”。
多普勒效应 Doppler effect
斯琴 ·约翰 ·多普勒
( ChristianJohannDoppler)
1803年11 月29日，多普勒出生于奥地利的萨尔茨 堡 (Salzburg)。 1822 年他开始在维也纳工学院学习，他在数学方 面显示出超常的水平。 1825 年多普勒以优异的 成绩毕业。在这之后他又去维也纳大学学习了高 等数学，力学和天文学。 1829 年在维也纳大学学习结束的时候，他被任命 为高等数学和力学教授助理，他在大学四年期间发 表了四篇数学论文。 1841年，他正式成为理工学院 的数学教授。 1842年，他在文章 "On the Colored Light of
他对这个物理现象感到极大兴趣， 并进行了研究。 发现这是由于振源与 观察者之间存在着相对运动，使观察 者听到的声音频率不同于振源频率的 现象。这就是频移现象。
因为，声源相对于观测者在运动 时，观测者所听到的声音会发生变化。 当声源离观测者而去时，声波的波长 增加，音调变得低沉，当声源接近观 测者时，声波的波长减小，音调就变 高。音调的变化同声源与观测者间的 相对速度和声速的比值有关。这一比 值越大，改变就越显著，后人把它称 为“多普勒效应”。
大学物理课件多普勒效应
1）波源与观察者均相对媒质静止
'
u
u uTS
S
波源振动的频率
观察者
启示：
接收的频率就是 接收者单位时间内 u 接收到的波的个数
t时刻的波阵面 t+1秒时刻的波阵面
2）波源不动，观察者以速度 VO 相对媒质运动
A）观察者朝向波源运动 ' u Vo
u Vo
uTS
(1
Vo u
)
S
VO u
t时刻的波阵面
§多普勒效应（Doppler Effect）
多普勒效应---因波源或观察者相对波传播 的介质运动，致使观察者接收的波的 频率发生变化的现象。
多普勒效应的定量研究
VS
Su 波源
VO
观察者
O '
a
设波相对介质的速度为u，
波源的速度为VS
观察者速度：VO
周期频率分别为 TS . S 接收者接收到的频率 '
S
Vo
t时刻的波阵面 u
…….(6) t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 降低了！
公式归一：
'
u (u
Vo VS
)
S
其中：波源静止 VS
0
' ('1uVVቤተ መጻሕፍቲ ባይዱuS1ou))VSS SVO
观察者静止VO 0
(3)
二者相互靠近 VS .VO取正值代入
二者相互远离 VS .VO 取负值代入。
注意：默认的前题：VS u,Vo u
VST '
u
u VS
S
(3)
u t时刻的波阵面
t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 增高了！
大学物理之多普勒效应
多普勒效应在天文观测、激光测距等领域有重要应用。
多普勒效应的数学描述
公式推导
多普勒效应的数学描述涉及波动方程和相对运动速度的计算。通过 建立波动方程并求解，可以得到多普勒效应的公式。
公式解释
多普勒效应的公式可以用来定量描述声波或光波的频率变化规律， 其中包含了声源或光源与观察者的相对速度、波速等因素。
电波传播等。
科学研究的基石
03
多普勒效应是科学家们研究物体运动和波传播规律的重要工具，
对于推动科学技术的发展具有重要意义。
对未来研究的展望
深入理解多普勒效应
尽管多普勒效应已经被研究了很长时间，但是还有很多未解之 谜和需要进一步研究的问题，例如量子力学中的多普勒效应等 。
探索新的应用领域
随着科技的不断发展，多普勒效应的应用领域也在不断扩大。 未来可以探索其在生物医学、环境监测、通讯等领域的应用。
据。
实验步骤
2. 调整声源和接收器的相 对位置，使接收器能够接
收到声波。
4. 分析实验数据，得出结 论。
光波多普勒效应的实验验证
实验设备：光源、干涉仪、 测量仪器、记录设备等。
1. 设置光源，使其发出一 定频率的光波。
3. 使用测量仪器测量干涉 条纹的移动距离，并记录 数据。
01
02
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04
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06
04 多普勒效应的应用
医学超声诊断
超声诊断
多普勒效应在医学领域中广泛应用于超声诊断，如心脏、血管、胎儿等方面的 检查。通过测量血流速度和方向，医生可以了解器官的功能和血流状态，为诊 断提供重要依据。
血流监测
多普勒效应还可以用于监测患者的血流情况，如监测动脉粥样硬化、血栓形成 等血管疾病的发展情况，以及评估治疗效果。
大学物理多普勒效应教案
教学对象：大学物理专业学生教学目标：1. 理解多普勒效应的基本原理，掌握多普勒效应的公式及其应用。
2. 通过实验演示，使学生直观地感受多普勒效应的产生和现象。
3. 了解多普勒效应在物理学和其他领域中的应用，提高学生的科学素养。
教学重点：1. 多普勒效应的基本原理和公式。
2. 多普勒效应的产生条件及其现象。
教学难点：1. 多普勒效应公式的推导和理解。
2. 多普勒效应在实际问题中的应用。
教学准备：1. 多普勒效应实验装置（如音源、接收器、扬声器等）。
2. 多普勒效应相关视频或图片。
3. 教学PPT。
教学过程：一、导入新课1. 通过播放火车鸣笛声变化的视频，引导学生观察和思考：为什么火车接近时声音变尖，远离时声音变低？2. 引出多普勒效应的概念，介绍其发现者和基本原理。
二、讲授新课1. 多普勒效应的定义：当波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收到的波频率会发生变化的现象。
2. 多普勒效应的产生条件：波源和观察者之间存在相对运动。
3. 多普勒效应的公式：- 当波源向观察者移动时：\( f' = \frac{f \cdot v}{v - v_s} \)- 当波源远离观察者时：\( f' = \frac{f \cdot v}{v + v_s} \)- 其中，\( f' \) 为观察者接收到的频率，\( f \) 为波源频率，\( v \) 为波速，\( v_s \) 为波源速度。
4. 多普勒效应的现象：- 波源向观察者移动时，观察者接收到的频率变高，波长变短（蓝移）。
- 波源远离观察者时，观察者接收到的频率变低，波长变长（红移）。
三、实验演示1. 通过实验演示多普勒效应的产生和现象，如火车鸣笛声变化、雷达测速等。
2. 学生观察实验现象，并思考其原因。
四、课堂小结1. 回顾多普勒效应的基本原理、公式和现象。
2. 强调多普勒效应在实际问题中的应用，如天文学、医学、交通等领域。
五、课后作业1. 阅读相关资料，了解多普勒效应在其他领域中的应用。
《大学物理》10.5 多普勒效应
因波源或接收器相对与介质运动， 因波源或接收器相对与介质运动，而使接收器接收到的波的 频率发生变化的现象称为多普勒效应 多普勒效应。 频率发生变化的现象称为多普勒效应。
一、波源不动，接收器以速度vR 相对介质运动 波源不动，
λ
S
P′
v
R
v
R
P
u
v =
R
u+v
λ
R
u+v u+v = = v u u v
S
R R S S
R R
u+v v = v u
R R
S
u v v = v u
R R
S
vS 二、接收器不动，波源以速度 相对介质运动 接收器不动，
u v λ′ = uT v T = ν
S S S S S
λ
u u ν= = ν λ′ u v
S
S
1
S
vT
S
S
A
λ′
2
S
u ν = ν u v
R S
R
S
接收器接受的频率大于波源的频率 接收器接受的频率大于波源的频率 大于
u ν = ν u +v
S
S
接收器接受的频率小于波源的频率 接收器接受的频率小于波源的频率 小于
三、波源与接收器同时相对介质运动
结论 波源和接收器相向运动 波源和接收器相向运动
R R S
不论是波源运动还是接收器 u +v 运动，或是两者同时运动， 运动，或是两者同时运动， ν = ν u v 只要观察者和波源是相互靠 近，接收器接受的频率就高 当波源和接收器彼此离开 当波源和接收器彼此离开 于波源频率； 于波源频率；只要两者相互 u v 远离，观察者接受到的频率 远离， ν = ν u +v 就低于波源频率。 就低于波源频率。
大学物理多普勒效应
' u v0
u
二 观察者不动,波源相对介质以vs运动
T ' vsT b
u
u
s s'
vsT
T
uA
b
' 1 u u T &#; u 波源向观察者运动
u vs
察
者 ' u 波源远离观察者运动
接
u vs
收
的
s s'
A
频
率
ut
P2
P1
vst
多普勒效应的应用
(1)交通上测量车速； (2)医学上用于测量血流速度； (3)天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论； (4)用于贵重物品、机密室的防盗系统； (5)卫星跟踪系统等.
应用之一：多普勒声纳
舰艇、油轮、货船行驶在 浩瀚无垠的大海上，如何准确 的沿着既定的目标前进呢？
多普勒声纳可以提供这种 帮助.
讨论 人耳听到的声音的频率与声源
的频率相同吗？
s ?
发射频率 s
接收频率
一 波源不动,观察者相对介质以 v0运动
接收频率——单位时间内观测者接收 到的振动次数或完整波数.
s ?
发射频率 s
接收频率
只有波源与观察者相对静止时才相等.
观察者 接收的 频率
观察者向波源运动
' u v0
多普勒声纳是根据多普勒 效应研制的一种利用水下声波 来测速和计程的精密仪器.
多普勒声纳原理简介
多普勒声纳一般安装在船体底部，由一 个发射器和一个接收器组成，如图中 O 点.
船底 O a
此时，船上接收
器接收到的频率为： v
0[(u vcos ) /(u vcos )]
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观察者静止，波源以速率
A）波源朝向观察者以速度
VS
运动
VS 运动
y
y
VS T
'
u ' s u Vs
u ' ' VsT u u s uTs VsTs u Vs
u
接收频率增大！
B）波源远离观察者以速度
VS 运动
接收频率减小！
波源及观察者同时运动
§9---6 多普勒效应
问题： 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？
发射频率 s
s ?
接收频率
波源频率——波源在单位时间内振动次数.
接收频率——单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数.
一、多普勒效应 多普勒效应---因波源或观察者相对介质运动， 致使观察者接收频率发生变化的现象。
Байду номын сангаас
冲击波（激波) 如果波源的速度等于波的速度，波源总在波阵面上
能量聚集区
声障
如果波源的速度等大于波的速度，
ut
Vs t
冲击波
思考：当观察者的速度大于波速时又如何？
例题： 一警报器发射频率为1000Hz的声波，离观察者向一固定 的目的物运动，其速度为10m/s，试问： (1) 观察者直接听到从警报器传来声音的频率为多少? (2) 观察者听到从目的物反射回来的声音频率为多少? (3) 听到的拍频是多少?(空气中声速330m/s)
Vo Vs
u Vo ' S (u VS )
默认前提：
观察者向波源运动 + ，远离 - . 波源向观察者运动 - ，远离 + .
VS u,Vo u
若波源与观察者不沿二者连线运动
v 's
vs
vo
v 'o
垂直方向运动时， 无多普勒效应；
电磁波也存在多普勒效应。
cu R S cu
解(1) : 波源远离
观察者静止 u 1 S 970.6 H z u VS
(2) 反射回来的频率实际是站在目的物处听到的频率。 相当于波源靠近观察者时听到的频率。
u 2 S 1031.3 H z u VS
(3) 拍频 v2 – v1
u Vo ' S (u VS )
波源不动，观察者以速度 A）观察者朝向波源运动
VO
'
相对媒质运动
u Vo
u Vo uTS u Vo 1 u Ts
VO
t时刻的波阵面
u t+1秒时刻 的波阵面
u Vo s u
接收频率提高！
u Vo B）观察者远离波源运动 ' S 接收频率降低 u