高中物理 第六节多普勒效应

第六节多普勒效应

一、重点难点剖析：

1、多普勒效应定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。

2、多普勒效应的特性：

(1)发生多普勒效应的波源的频率并不发生改变。

(2)产生多普勒效应的原因是波源的接收者与波源之间发生了相对运动。

(3)当按收者与波源相互接近。观察者在单位时间内接收到的波的个数增加频率增大，反之频率减少。

多普勒效应是波特有的现象，不仅机械波，电磁波和光波也能发生多普勒效应。

4、多普勒效应的应用很广泛，如测量流体流速，测人造卫星的高度和运行速度，利用多普勒效应原理研制成功GPS全球卫星定位系统，20世纪前，科学家们发现许多星系谱线有“红移现象”(即整个光谱结构向光谱红色的一端偏移)，可用多普勒效应加以解释：星系远离地球运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率小(波长变大)的红端移动，科学家还从红移的大小算出这种远离运动的速度，这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。

二、典型例题解析：

例1：解释：站在铁道旁的观察者听到火车的鸣笛声的音调在变化。

解析：这是一种日常生活中能遇到的物理现象，这一现象叫多普勒效应。音调的高低是由振动体的振动频率决定的。当接收者在单位时间里接收到波的个数增加时，音调变高。反之则音调变低。

解答：当火车向着观察者高速驶来，观察者在单位时间里接收到汽笛波的个数增加，所以音调变高，当火车远离观察者时，观察者在单位时间里按收到汽笛波的个数减少，所以音调变低。

解后反思：这是多普勒效应的典型例子，在日常生活火车、飞机、飞行的炮弹等高速运动的物体都能发生明显的多普勒效应。如果物体运动速度较小，多普勒效应就不会明显，例如靠站的公共汽车的鸣笛声。

例2：某人造地球卫星发射波的频率为108Hz，地面观测所接收到的频率减小了2400Hz.,试问人造地球卫星在远离地球还是在接近

地球？

解析：根据多普勒效应，当波源靠近接收者时，在单位时间接收到的波的个数增加，反之减少，由此判断这颗人造地球卫星在远离地球？

解答：根据多普勒效应，可判定卫星在远离地球，

解后反思：一切波都具有多普勒效应，相对运动速度大小是多普勒效应明显与不明显的原因。

例3:例右图，表示一个机械波源O做匀速运动的情况，图中圆表示相同位的

波峰，则接收频率最低的点是，接收频率相同的点是。

解析：根据波面的挤拢和远离的情况，可判定波源在向左作匀速运动。往A

点方向波面挤压的最厉害，接收者感觉到波长最小，

同理B点接收者感觉到的波长最大；由于波速由传播介质决定，并不因为波

源的运动而改变，所以A点接收到的频率最高，B 点接收到的频率最低。往

C、D两点的方向，波面传播的情况相同，因此接收到的频率相同。

解答：应依次填入B、A、C、D。

解答反思：波形被压缩在单位时间内按收波的个数就多。

例4：一个观察者站在铁路近旁，当火车迎面驶来时，他听到的火车汽笛声的频率为f1=440Hz；当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声的频率降为f2=392Hz；；己知大气中声速为v＝330m /s，求火车的速度u是多少？

解析：观察者不动，火车鸣汽笛迎面驶来，声源向观察者移近，观察者感觉到的频率变为f1＝. 当火车驶过后，声源远离观察者而去，观察者拉收到的频率(变小)为f2＝.两式中的为汽笛声的频率，是不

变的。二式联立解得火车的速度为u =×330m/s = 19m/s.

解后反思：根据所学知识定量计算是力的体现。

观察者接收到的频率与波源发出的频率之间的关系：当波源和观察者有相对运动时，若二者相互接近，则观察者接收到的频率增大；若二者彼此远离，岀观察者接收到的频率减小。(若

二者相对介质没有运动，则观察者接收到的频率等于波源的频率)。

(1)若观察者R静止，波源S以速度v1向观察者靠近，因波的传播速度v与波

源的运动无关，而波源S每发出一个完全波就向R移近了v1T，如甲图所示，

故对R来说，波长缩短了v1T，即λ′=λ－v1

T= v/f-v1/f=(v-v)/f。观察者接收(感觉)到的频率为

此式表明：当S 向R 运动时，接收到的频率增大。同理可知，当波源远离观察者运动时，观察者接收到的频率减小,.

(2)若波源S 不动，观察者R 以速度v 2 向S 运动，经时间t 从A 点向S 运动了v 2t 的距离，同时波背着波源S 传播了vt ，如图乙所示，对观察者R 来说，R 感觉到的频率(即通过它的波的个数)为

.

此式表明：当观察者向波源运动时，观察者接收的频率增大。同理可知，当观

察者远离S 运动时，接收的频率减小，

(3) 若波源以速度v 1观察者以速度v 2同时相对介质运动，则观察者接收到的频率为

，相互执着近时v 1 、v 2 取正号，相互远离了负号，v 为

波在介质中的传播速度。

例5：图5-甲 是在高速公路上用超声波测速的

示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根

据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物

体的速度，上图B 中P 1、P 2测速仪发出的超声

波信号，n 1、n 2分别是P 1、P 2汽车反射回来的信

号，设测速仪匀速扫描，P 1、P 2间的时间间隔△

t =1.0s 超声波在空中传播的速度是v =340m/s,若汽车是匀速行驶的，则根据B 图可知，汽车在接收到P 1、

P 2个信号之间的时间内前进了距离是多少？汽车的速度是多少？ 解析：设脉冲信号P 1和车相遇时，车距离测速仪为s 1，脉冲信号P 2车相遇时，车距离测速仪为S ，两脉冲信号P 1、n 1间的时间

t 1=×1s=0.4s 则s 1=v ·=340×m=68m ，两脉冲信号P 2、n 2间的时间t 1=×1s=0.3s,则s 2=v ·=340×m=51m 汽车在接收到的两信号间前进的距离s =s 1-s 2=68m-51m=17m 。

图5-甲