大学物理多普勒效应讲解
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。
大学物理第 10 章 第 5 次课 -- 多普勒效应
'
u
b
u u s
(3)
2. 观察者不动, 波源远离观察者运动
当波源远离观察者运动时, 波长将变长. 即
b T s
u s
u 这时观察者接收到的频率为 ' u vs
上海师范大学
(4)
6 /14
§10. 6
'
u 0
b
u 0 u
(2)
结 论
观察 者接 收的 频率
u vo 观察者向波源运动时为 ' u u vo 观察者远离波源时为 ' u
上海师范大学
其中为波源 的发射频率
4 /14
§10. 6
多普勒效应
二、观察者不动, 波源相对介质以速度
当波源向观察者运动时, 实验发现介质中的波长发生了变化. 如右图所示是波源在水中向右运动时所激起的水面照片. 从图上可以看出, 在波源的前面, 波长变短了;
§10. 6
多普勒效应
例1 A、B 为两个汽笛，其频率皆为500Hz，A 静止，B 以60m/s 的速率向
右运动. 在两个汽笛之间有一观察者O，以30m/s 的速度也向右运动. 已知空
气中的声速为330m/s，求：
1）观察者听到来自A 的频率 2）观察者听到来自B 的频率
vO
v sB
解 u 330 m/s, vsA 0, vsB 60 m/s u vo 根据公式 ' 得 u vs
v0
u 330ms 1 ，求车速 .
解
汽车速度的测量过程实际上包括两个物理过程;
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
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 10.5 多普勒效应
uຫໍສະໝຸດ v RνR u v S
S
当波源和接收器彼此离开
ν u vR ν R u v S
S
结论
不论是波源运动还是接收器 运动，或是两者同时运动， 只要观察者和波源是相互靠 近，接收器接受的频率就高 于波源频率；只要两者相互 远离，观察者接受到的频率 就低于波源频率。
10.5 多普勒效应
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。
一、波源不动，接收器以速度v 相对介质运动 R
v
S
P
RP
v R
u
uv uv uv
v
R
R
Rv
R
u
u
v
v
u
v R
v
R
uS
v
u
v R
v
R
uS
二、接收器不动，波源以速度v 相对介质运动 S
uT
v T
u v
S
S
SS
ν
S
ν u u ν
u v S S
S
S 1 vT 2 SS
A
ν u ν R u v S
S
ν u ν R u v S
S
接收器接受的频率大于波源的频率 接收器接受的频率小于波源的频率
三、波源与接收器同时相对介质运动
波源和接收器相向运动
ν
多普勒效应原理
多普勒效应原理多普勒效应是一种物理现象，描述了当波源与观察者相对运动时，观察者接收到的波的频率和波长会发生变化的现象。
这种变化是由于运动引起的相对速度而产生的，主要用于衡量物体的速度和距离等信息。
多普勒效应广泛应用于天文学、雷达探测、声学测量等领域，对于人类在探索宇宙、研究物体运动等方面起到了重要作用。
多普勒效应的原理可以通过以下几个方面来解释：一、声音多普勒效应原理：当发出声音的物体运动时，其声波传播到观察者所在的位置时，波的频率和波长会发生变化。
当波源靠近观察者时，观察者接收到的波的频率会变高，波长会变短，所谓"升调"。
当波源远离观察者时，观察者接收到的波的频率会变低，波长会变长，所谓"降调"。
这是因为波源与观察者之间的相对运动导致了波的传播速度的变化，从而产生了频率和波长的变化。
二、光学多普勒效应原理：多普勒效应同样适用于光波。
当光源与观察者相对运动时，光的频率和波长也会发生变化。
与声音的多普勒效应类似，当光源靠近观察者时，观察者接收到的光的频率会变高，波长会变短，所谓"蓝移"。
当光源远离观察者时，观察者接收到的光的频率会变低，波长会变长，所谓"红移"。
这种光学多普勒效应在天文学中起到了重要的作用，可以通过光的频率和波长的变化来判断星体的运动状态和速度。
三、雷达多普勒效应原理：多普勒效应在雷达探测中也得到了广泛应用。
雷达通过发射电磁波并接收回波的方式来检测目标物体的位置和运动状态。
当物体静止时，接收到的回波频率和发射频率相同。
但当物体运动时，回波的频率会发生变化。
与声波和光波的多普勒效应类似，当物体靠近雷达时，回波频率会变高；当物体远离雷达时，回波频率会变低。
通过测量回波频率的变化，可以计算出目标物体的速度和运动方向。
总结：多普勒效应是一种描述波相对运动引起的频率和波长变化的现象。
通过声音、光学和雷达等领域的应用，我们可以利用多普勒效应来测量物体的速度、方向和距离等信息。
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
《多普勒效应》 讲义
《多普勒效应》讲义一、什么是多普勒效应在我们的日常生活中，有一种有趣的现象，那就是当一辆汽车鸣着喇叭从我们身边疾驰而过时，我们会听到喇叭声音的音调发生变化。
当汽车靠近我们时，喇叭声听起来音调较高；而当汽车远离我们时，喇叭声的音调则会变低。
这种现象就是多普勒效应。
多普勒效应不仅仅局限于声音，对于电磁波，如光，也存在类似的现象。
简单来说，多普勒效应是指当波源和观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。
如果波源朝着观察者运动，观察者接收到的频率会升高；反之，如果波源远离观察者运动，接收到的频率就会降低。
二、多普勒效应的原理为了更好地理解多普勒效应的原理，我们先来了解一下波的特性。
波是一种能量传递的形式，它具有频率和波长。
频率是指单位时间内波振动的次数，而波长则是相邻两个波峰或波谷之间的距离。
当波源和观察者相对静止时，观察者接收到的波的频率等于波源发出的频率。
然而，当两者存在相对运动时，情况就变得不同了。
假设波源以速度 v 朝着观察者运动，在一个固定的时间间隔内，波源发出的波的个数是固定的。
但由于波源在运动，这使得相邻波峰之间的距离在观察者看来变短了，也就是波长变短了。
根据频率、波长和波速之间的关系（波速＝频率 ×波长），波长变短，而波速不变（在同一介质中，波速通常是恒定的），所以观察者接收到的频率就会升高。
相反，当波源远离观察者运动时，相邻波峰之间的距离在观察者看来变长，波长增大，从而导致观察者接收到的频率降低。
三、多普勒效应在声音中的应用声音是一种常见的机械波，多普勒效应在声音领域有着广泛的应用。
比如，在交通领域，警察常常使用多普勒雷达来测量车辆的速度。
雷达向车辆发射电磁波，当车辆行驶时，反射回来的电磁波频率会发生变化，通过测量这种频率变化，就可以计算出车辆的速度。
在医学中，多普勒超声技术被用于检测血液的流动速度。
通过向血管发射超声波，并检测反射回来的频率变化，医生可以了解血液流动的情况，诊断血管疾病。
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。
大学物理论文-浅谈多普勒效应
浅谈多普勒效应摘要：本文从多普勒效应的基本原理出发，结合声波中的具体实例，并写出了自己的一些浅显认识。
之后，介绍了多普勒效应在天文学、医学和公共交通方面的应用。
最后，发散地想了原理变化后的一些现象，简要说了冲击波、马赫锥的相关内容。
引言：在生活中，我们常常遇到波源与观测者发生相对运动的情形，如站在铁路旁听着高速行驶的列车拉着响笛飞驰而过，此时你会感觉到响笛音调的明显变化，这就是人们常说的多普勒效应。
那么，出现这种情况的原因是什么呢？关于多普勒效应可以建哪些模型进行研究呢？下面让我们简单来了解一下多普勒效应。
关键词：多普勒效应、应用、冲击波、马赫锥。
一、多普勒效应基本原理首先，先来让我们以声波为例具体分析一下多普勒效应的三种情况。
物理量的定义：设波源为S，观察者相对介质的运动速度是，波源相对介质的运动速度是，声波在介质中的传播速度为u，波源的频率、波的频率、观察者收到的频率分别是。
（一）、波源相对介质静止，观测者相对介质运动此时，当观测者靠近波源沿直线（这样研究较简便）运动时，他在一定时间内接收到的完整的波长必定要增加，这好比雨水迎面打来，我们顶着雨跑，单位时间内会淋更多的雨水。
在单位时间内，他接受的波的总长度为u+,而此时，该波在介质中传播的频率是不变的，与波源振动频率相同，同为，所以在单位时间内观测者所接受到的完整波的数目是：所以此时观测者会感觉音调变高了。
（二）观察者相对介质静止，波源相对介质运动当波源向着观察者运动时，波源每次完整震动后都发出一次脉冲，设初始时刻发出一次脉冲，而在一个周期后，该波源又会发出一次脉冲，但波源的位置在哪里呢？显然发生了变化，距离观察者近了T。
这样，经过多个周期从整体上看，波源前面（即距观察者近一边）的脉冲密集了，波源后面（即距观察者远的一面）的脉冲稀疏了，量化来看就是波长发生了变化，由原来的变为由于观察者静止，所以观察者受到的频率就是介质中波的频率，即由上式可知此时观察者收听到的频率较高。
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
3.5多普勒效应(解析版)
3.5多普勒效应(解析版)3.5 多普勒效应(解析版)多普勒效应是声音或光线在运动源向观察者或观察者向运动源移动时频率发生变化的现象。
这一现象在天文学、医学和交通工程等领域具有重要的应用。
本文将解析多普勒效应的原理、应用和相关公式，帮助读者深入了解这个现象。
1. 多普勒效应的基本原理多普勒效应的基本原理是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒在19世纪初提出的。
当光源或声源以一定的速度向观察者靠近或远离时，观察者所接收到的光或声波的频率将发生变化。
如果源靠近观察者，频率增加，称为“红移”；反之，如果源远离观察者，频率减小，称为“蓝移”。
2. 多普勒效应的公式多普勒效应可以通过一系列公式来描述。
对于声音，多普勒效应公式如下：频率变化 (v / v₀) = (v ± vr) / (v₀ ± vs)其中，v是观察者听到的频率，v₀是源的频率，vr是观察者与源之间的相对速度，vs是声音在介质中的传播速度。
对于光线，多普勒效应的公式稍有不同：频率变化(ν / ν₀) = √[(c ± vr) / (c ± vs)]其中频率变化(ν / ν₀)表示频率的比变化，c是光的速度，vr是观察者与源之间的相对速度，vs是光在介质中的传播速度。
3. 多普勒效应的天文学应用多普勒效应在天文学中有着广泛的应用。
通过观察天体光谱中的频率变化，天文学家可以得出天体的运动状态、速度和距离等重要信息。
例如，红移现象被用来研究宇宙的膨胀，发现了宇宙大爆炸的证据。
此外，多普勒效应还可以用来测量恒星的自转速度和行星的轨道速度等。
4. 多普勒效应的医学应用在医学领域，多普勒效应被广泛应用于超声波成像技术中。
通过测量超声波在血液中的频率变化，医生可以推断出血液流动的速度和方向，从而检测和诊断心脏疾病、血管病变等。
多普勒超声成像不仅无创且方便快捷，成为医学中重要的诊断工具之一。
5. 多普勒效应的交通工程应用在交通工程中，多普勒效应被用于雷达测速仪。
多普勒效应-ppt课件
我们可以这样理解声波的多普勒效应：当波源与观察者相对静止时，
1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观测到的频率
等于波源的频率；当波源与观察者相互接近时，1s内通过观察者的波峰(
或密部)的数目增加，观察者观测到的频率增加；反之，当波源与观察
者相互远离时，观测到的频率变小。
一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位
同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动（图
3.5-1 ），在几米之外听它的声音有什么变化。
图3.5-1蜂鸣器音调的变化
多普勒效应
要了解多普勒效应，可以做如下的
模拟实验。让一队人沿路行走，观察
者站在路旁不动，假设每分钟有30个
人从他身边通过（图3.5-2甲），这种
情况下的“过人频率”是30人/分。如果
观察者逆着队伍行走，每分钟与观察
者相遇的人数增加，也就是频率增加
（图3.5-2乙）；反之，如果观察者顺
着队伍行走，频率降低。
甲
乙
丙
图3.5-2 多普勒效应的模拟实验
①观测者静止
v测 = 0
观察者静止不动，数经过的队伍中的人数，每分钟假设有30个
人经过。这种情况下的“过人频率”是30人每分。在这个模拟实
D、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
课堂检测
【练习3】（多选）火车上有一个声源发出频率一定的乐音。当火车静
止时、观察者也静止时，观察者听到并记住了这个乐音的音调。以下
那种情况中，观察者听到这个乐音的音调比原来高（ AC ）
A、观察者静止，火车向他驶来
B、观察者静止，火车离他驶去
C、火车静止时，观察者乘汽车向着火车运动
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》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
03
04
05
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。
大学物理第十四讲 驻波 反射波的周相变化 多普勒效应
u u VO
o
接收频率
u
u VO
u VO u VO uT u
13
●接收到的波频高于波源的振动频率
b.观察者背离波源运动，则波相对于观察者的传播速度 VO u u u V
O
u
u VO
u VO u VO uT u
y入 A cos(t )
y反 A cos(t )
全波反射
6
2.波疏媒质中的波在波密媒质界面上的反射 ●在反射点，反射波与入射波位相相反。
y入 A cos(t )
y反 Acos(t )
半波损失
半波反射
位相 的突变对应于半个波长的改变，故称半波损失.
S1 M MP 7 , S2 P 2
解：1. S1波在M点入射时的振动方程
S2
M P
y1 A cos( t
反射波方程
2
S1M ) 2
y1反 A cos( t
S1M )
9
y1反 A cos( t
S1波在 P 点的振动方程
2
S1M )
u
u
7
总结
波在两种媒质介面上反射的一般规律：
★ u 大波密媒质； u 小波疏媒质。
●波从波疏媒质传向波密媒质， ( 1u1 2u2 ) 反射波产生“半波损失”，反射点为节点。 半波反射。 ●波从波密媒质传向波疏媒质， ( 1u1 2u2 )
反射波无“半波损失”，反射点为腹点。 全波反射。
解：1.声源远离观察者而去，所以 观察者直接从声源听到的频率为
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' u vo 观察者向波源运动
u
收的 频率
' u vo 观察者远离波源
u
21-5 多普勒效应
第21章 机械波勒效应
第21章 机械波
T
s s'
uA
T ' vsT b
u
u
vsT
b
' 1 u u
T ' vsT u vs
21-5 多普勒效应
第21章 机械波
讨论 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？
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.
发射频率 s
s ?
接收频率
只有波源与观察者相对静止时才相等.
21-5 多普勒效应
第21章 机械波
一 波源不动，观察者相对介质以速度 vo 运动
观察 者接
观察 者接 收的 频率
' u
'
u
u
vs
u vs
波源向观察者运动 波源远离观察者
21-5 多普勒效应
第21章 机械波
三 波源与观察者同时相对介质运动 (vs , vo )
'
u u
vo vs
vo 观察者向波源运动 + ，远离 .
vs 波源向观察者运动 ，远离 + .
若波源与观察
者不沿二者连线运 动
vO
vsB
2）观察者听到来自B 的频率
3）观察者听到的拍频
AO
B
1） 解 u 330 m/s, vsA 0, vsB 60 m/s
'
u u
vo vs
' 330-30 500Hz 454.5Hz
330
21-5 多普勒效应
第21章 机械波
例1 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率
'
u u
v'o v's
v's
vs
vo
v'o
21-5 多普勒效应
第21章 机械波
当 vs u 时，所有波
前将聚集在一个圆锥面上，
波的能量高度集中形成冲击 波或激波，如核爆炸、超音
ut
P2
速飞行等.
P1
多普勒效应的应用
vst
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.
21-5 多普勒效应
第21章 机械波
例1 A、B 为两个汽笛，其频率皆为50Hz，A 静
止，B 以60m/s 的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一
观察者O，以30m/s 的速度也向右运动. 已知空气中的
声速为330m/s，求：
1）观察者听到来自A 的频率
为 100kHz 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" 110kHz . 已知空气中的声速为 u 330ms1，
求车速 .
v0
解 1）车为接收器 ' u v0
u
2）车为波源 " u ' v0 u
u vs
u vs
车速
v0
vs
" "
u
56.8
km h 1