12.5-6 多普勒效应 惠更斯原理

所以是什么改变了我们听到的声音的频率？
物体的相对运动
一、多普勒效应
• 现象：当汽车向你驶来时，感觉音调变 高；当汽车离你远去时，感觉音调变低 （音调由频率决定，频率高音调高；频 率低音调低）． • 多普勒效应：由于波源和观察者之间有 相对运动，使观察者感到频率变化的现 象叫做多普勒效应．
二、多普勒效应的成因
12.5 ——12.6 多普勒效应 惠更斯原理
电大附中 杨洪涛
12.5 多普勒效应
第一课时
• 点击下图观看视频，留意听到的汽车声调的变化
多普勒效应
从以上声音中我们听到了什么？
音调： 思考：
那么是不是发声体的频率发生了变呢？
生活中的感受
如果一辆静止的汽车停在身边，你听 到的声音音调会有不同吗。
三、多普勒效应的应用
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有的波,包括光波、 （1）用多普勒效应测量其它星系向着还是远离地球 电磁波。
运动的速率 宇宙中的星球都在不停地运动．测量星球上某些元 （2）临床上应用多普勒效应:彩色多普勒超声诊断系统 素发出的光波的频率，然后跟地球上这些元素静止 （3）雷达测速仪 医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被 时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我 血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波 们的速度． （4）军事应用(E-3“望楼” 预警机) 脉冲多普勒 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普 的频率变化，就能知道血流的速度．这种方法俗 雷达，多谱勒导航仪 勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的 称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的 电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率， 病变． 根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。
应用:
最先进的警用测速仪器
多 普 勒 天 气 雷 达
应用:
多普勒颈脑血液测速仪
应用: 多普勒水流测速仪
应 用
多普勒导航系统
法国幻影2000战斗机
美国AH-64“阿帕奇”直升机
GPS技术
(多普勒频移观测法)
应用:
多普勒胎心仪器
课堂探究练习
1、关于多普勒效应，下列说法正确的 是_________ A．多普勒效应是由于波的干涉引起的 B．多普勒效应说明波源的频率发生改 变 C．多普勒效应是由于波源与观察者之 间有相对运动而产生的 D．只有声波才可以产生多普勒效应
法线
i i'
平面
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经t后，B点发射的子波到达界面处B`点，A 点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。
B`B AA`
AB `B B`AA` A`AB ` BB `A
a
c
b
i i'
A
B v t A`
2.当火车进站鸣笛时，我们可听到的声 调________ A．变高 B．不变高 C．越来越沉 D．不知声速和火车车速，不能判断
3.关于多普勒效应下列说法中正确的是 • A、只有声波才有多普勒效应 • B、光波也有多普勒效应 • C、只有机械波才有多普勒效应 • D、电磁波不能发生多普勒效应
B
练习4
t时刻波面
t+t时刻波面波传播方向u 平面波t+ t
球面波
二 、惠更斯原理 1.用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t +Δt 时刻的波面
vΔt
. . . . . . . . .
子波波源
t 时刻的波面
二 、惠更斯原理 2.用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面
t +Δt 时刻
的波面
uΔ t
单位时间内观 察者数得的人数 变少。
练习
注意：
1. 在多普勒效应中，波源的频率是不改变 的，只是由于波源和观察者之间有相对 运动，观察者感到频率发生了变化． 2. 多普勒效应是波动过程共有的特征，不 仅机械波，电磁波和光波也会发生多普 勒效应．
多普勒效应是指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，它 是奥地利物理学家多普勒在1842年发现的．
t 时刻
的波面 子波波源
. . .
.. .. . ..
.
. .
.
. .
二 、惠更斯原理 利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几 何作图方法确定下一时刻的波面，从而确定波 的传播方向。例如当波在均匀的各向同性介质 中传播时，波面的几何形状总是保持不变的。
三、波的反射 波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象 叫做波的反射．
经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A 点的到达C点，
BD v1t sin i AD AD
v2 t AC sin r AD AD
i
A v2 t
B
i
v1t
r
sin i v1 sin r v2
r
证毕
C
D
B. f增大, V不变 D. f减少, V不
ABD 6.下面哪些应用是利用了多普勒效应？ • A、利用地球上接收到遥远天体发出的光波的 频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度 • B、交通警察向行进中的汽车发射一个已知频 率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据 接受到的频率发生的变化来知道汽车的速度 • C、铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运 行情况 • D、有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声确定飞 行炮弹是接近还是远去
• 声源完成一次全振动，向外发出一个 波长的波，频率表示单位时间内完成 的全振动的次数，因此波源的频率等 于单位时间内波源发出的完全波的个 数，而观察者听到的声音的音调，是 由观察者接收到的频率，即单位时间 接收到的完全波的个数决定的．
1、当波源和观察者相对介质都静止不 动． 即二者没有相对运动时

（第二课时）
一、波面和波线 波面： 同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点 所构成的面叫做波面 波线： 用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直 的线叫做波线 波线 波面 波面
波线
二 、惠更斯原理
惠更斯原理内容：
介质中任意波面上的各
点都可看作发射子波的
波源。其后任意时刻,
这些子波在波前进方向
的包络面就是新的波面 荷兰物理学家 惠 更 斯
• 单位时间内波 源发出几个完 全波，观察者 在单位时间内 就接收到几个 完全波．观察 者接收到的频 率等于波源的 频率．
2、波源相对介质不动，观察者朝波源运动 时（或观察者不动，波源朝观察者运动时）
• 观察者在单 位时间内接 收到的完全 波的个数增 多，即接收 到的频率增 大．
3、波源相对介质不动，观察者远离波源运动 时（或观察者不动，波源远离观察者运动时）
• 观察者在单位 时间内接收到 的完全波的个 数减少，即接 收到的频率减 小．
• 总之：当波源与观 察者有相对运动时， 如果二者相互接近， 观察者接收到的频 率增大；如果二者 远离，观察者接收 到的频率减小．
单位时间内观察者数 得的人数与实际通过的人 数相同。
单位时间内观 察者数得的人数 变多。
i i'
B`
a` c` b`
i` i
证毕
四、波的折射 波从一种介质进入另一种介质时，波的传 播方向发生了改变的现象叫做波的折射 折射角（r）： 折射波的波线与两介质界面法线的夹角r 叫做折射角
法线
i
介质I
介质II 界面
r
四、波的折射 用惠更斯原理解释波的折射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点
变（波的波长不变）。
2、在波源运动的情况下，引起观察者接收频
率的改变，是由于观测到的波的波长发生改
变（缩短或伸长）（波的速度不变） 。
小结:
波源和观察者相互接近时,观察者的 接收频率增大;远离时,接收频率减小. 观察者运动,使观察者感受到的波速 发生变化;波源运动,波长发生变化.
12.6 惠更斯原理

某波源的频率是100Hz,波速是100m/s, 观察者以10m/s的速度快速靠近波源,那 么观察者接收到的波的频率是高了还是 低了?是多少Hz?若远离呢?
向着静止的接收器匀速运动. u以 表示声源的速度，V表示声波的速 度(u < V)，f表示接收器接收到的 频率.若u增大，则:
A.f增大, V增大 C. f不变, V增大 变
思考题：一个警察监测车速，固定的监测仪发出频率为 f
=100KHz的超声波，当汽车向波源行驶时，监测仪上的 接收器接收到从汽车反射回来的波的 f ’=110KHz， 司 机超速了吗？（已知空气中的声速为u=330 m/s,此路段 限速为８０Ｋm／h ).
v0
四、小结
1、在观察者运动的情况下，引起观察者接收 频率的改变，是由于观测到的波的速度发生改
三、多普勒效应的应用
1. 有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断 火车的运动方向和快慢. 2. 有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判 断飞行的炮弹是接近还是远去. 3. 交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率 的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，接 收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速 度. 4. 由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率 可以判断遥远天体相对于地球的运动速度.
7.如下图由波源S发出的波某一时刻在介质平面 中的情形，实线为波峰，虚线为波谷。设波源 频率为10Hz，且不运动，而观察者1S内由A 运动到B，观察者接收到多少个完全波？设波 速为340m/s。则要让观察者完全接受不到 波，他要怎样运动？ 答案: 接收9个完全波
远离波源以340m/s的速度 运动
B