多普勒效应
多普勒效应现象
多普勒效应现象
多普勒效应是指当一个物体以相对于观察者的速度移动时，它所发出的声音的频率会发生变化。
这种现象最初是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒在1842年发现的，因此被命名为多普勒效应。
在日常生活中，我们可以通过经常听到警笛声来感受到多普勒效应。
当一个警车以高速行驶时，其发出的警笛声会变得更高，因为声波被向前推导致频率增加。
而当警车远离我们时，其发出的警笛声则会变低，因为声波被拉伸导致频率降低。
多普勒效应不仅存在于声波中，还存在于光波中。
例如，当一个恒星以相对于地球的速度运动时，它所发出的光谱线会发生频移，这种现象被称为多普勒光谱效应。
多普勒效应在天文学、物理学、气象学、医学等领域都有广泛应用。
通过测量多普勒效应，我们可以了解物体的速度、方向、距离等信息，从而深入理解自然规律。
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什么是多普勒效应
什么是多普勒效应
多普勒效应是一种物理现象，描述了当光源或声源相对于观察者发生相对运动时，观察者所感知到的频率或波长的变化。
多普勒效应分为多普勒频移和多普勒波长变化两种形式，分别用于描述光学和声学的情况。
多普勒频移（Doppler Frequency Shift）：
1. 光学多普勒效应：
•描述：当光源或观察者相对于彼此运动时，观察者测量到的光频率会有所改变。
•频率变化：如果光源和观察者相向运动，光频率升高（蓝移）；如果它们远离彼此，光频率降低（红移）。
•应用：光学多普勒效应在天文学中广泛应用，用于测量星体的运动速度和方向。
多普勒波长变化（Doppler Wavelength Shift）：
1. 声学多普勒效应：
•描述：当声源或听者相对于彼此运动时，听者感知到的声音波长会发生变化。
•波长变化：声源和听者相向运动时，听者感知到的声音波长缩短；相远离运动时，波长延长。
•应用：声学多普勒效应在实际生活中广泛应用，例如警车、救护车的声音变化。
数学表达：
多普勒效应的数学表达式取决于具体情境，但一般可以用下面的公式来表示频率变化：
f′=v∓vsf(v±v0)
其中：
•f′ 是观察者测量到的频率，
• f 是光源或声源的固有频率，
• v 是波在介质中的传播速度，
• v0 是观察者相对于介质的速度（正表示远离，负表示相向运动），
• vs 是光源或声源相对于介质的速度（正表示远离，负表示相向运动）。
多普勒效应的重要性在于它使我们能够测量和理解运动物体的速度，同时也应用于通信、雷达技术等领域。
光的多普勒效应
光的多普勒效应1. 引言光的多普勒效应是指当光源或观测者相对于彼此运动时，光波的频率和波长会发生变化的现象。
这种现象最早由奥地利物理学家克利门斯·多普勒于1842年提出，并在实验中得到验证。
光的多普勒效应在许多领域都有重要的应用，例如天文学、雷达技术和医学图像等。
2. 多普勒效应的基本原理多普勒效应的基本原理是基于光的波动性，在光波传播中频率和波长之间存在着一种关系。
当光源和观测者相对静止时，光的频率和波长不发生变化，此时称为静止态。
然而，当光源和观测者相对运动时，就会出现多普勒效应。
根据多普勒效应的原理，当光源和观测者相对运动时，观测者会感受到光的频率和波长的改变。
如果光源和观测者向彼此靠近运动，则观测者会感受到高频率的光波，波长变短。
相反，如果光源和观测者相互远离，则观测者会感受到低频率的光波，波长变长。
多普勒效应可以分为红移和蓝移两种情况。
当光源和观测者靠近时，观测者会感受到光的频率增加，波长缩短，此时称为蓝移。
相反，当光源和观测者远离时，观测者会感受到光的频率减少，波长增加，此时称为红移。
3. 光的多普勒效应在天文学中的应用光的多普勒效应在天文学中有广泛的应用。
通过观测天体的光谱，我们可以利用多普勒效应来确定天体的运动状态。
例如，在观测星系的时候，如果星系与地球相对静止，其光谱中的吸收线会与实验室中的参考线相吻合。
然而，如果星系向地球运动，观测者会感受到光谱的蓝移，吸收线会向高频率偏移。
相反，如果星系远离地球运动，观测者会感受到光谱的红移，吸收线会向低频率偏移。
利用多普勒效应，天文学家可以通过观测星系的光谱来推断星系的运动速度和方向。
这一技术被广泛应用于研究宇宙的结构和演化，例如确定星系的相对速度、探测星系碰撞等。
4. 光的多普勒效应在雷达技术中的应用光的多普勒效应在雷达技术中也有重要的应用。
雷达是一种利用多普勒效应来测量物体运动状态的技术。
当雷达向一个物体发送脉冲信号时，如果物体相对静止，返回的信号频率和发送的信号频率相同。
多普勒效应(高中物理教学课件)
不变时，观察者接收到的频率也不变（例：二者同速同
向运动、波源绕观察者做圆周运动接收到的频率都不变）
注意：
①在多普勒效应中，波源的频率是不变的，只是观察者 接收到的频率发生了变化 ②多普勒效应也是波特有的现象，不仅机械波，电磁波 和光波也会发生多普勒效应
祝你学业有成
2024年4月28日星期日8时27分44秒
课堂训练：
6.关于多普勒效应，下列说法正确的是（ C ） 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
7.当火车进站鸣笛时，我们可听到的声调（A） 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
课堂训练：
1.关于多普勒效应下列说法中正确的是（ B） 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 2.(多选)关于多普勒效应,下列说法中正确的是( BCD) A.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率和波源的频率 都变化了 B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生了变化,但 波源的频率不变 C.多普勒效应是在波源与观察者之间发生相对运动时产 生的 D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的,它 适用于一切波
雷达测速用的电磁波，光速远大于车速，不需要考虑多 普勒效应，如果是超声波要考虑，B错误。C铁路工人是 根据振动的强弱对列车的运动作出判断的，C错误。
课堂训练：
4. (多选)如图所示,男同学站立不动吹口哨,一位女同学坐 在秋千上来回摆动,下列关于女同学的感受的说法正确的 是( AD ) A.女同学从A向B运动过程中,她感觉哨声音调变高 B.女同学从E向D运动过程中,她感觉哨声音调变高 C.女同学从C点向D点运动时,她感觉哨声音调不变 D.女同学从C点向B点运动时,她感觉哨声音调变低
多普勒效应
多普勒效应多普勒效应Doppler effect水波的多普勒效应多普勒效应13原理多普勒效应指出，波在波源移向观察者接近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。
当观察者移动时也能得到同样的结论。
但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证，几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。
假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，反之则观察到的波源频率为（c-v）/λ。
一个常被使用的例子是火车的汽笛声，当火车接近观察者时，如果观察者远离波源，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。
如果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时更接近你自己。
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。
产生原因：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，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。
当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，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．4公式观察者(Observer) 和发射源(Source) 的频率关系为：为观察到的频率；为发射源于该介质中的原始发射频率；为波在该介质中的行进速度；为观察者移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+ 号, 反之则为- 号；为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为- 号，反之则为+ 号。
多普勒效应
多普勒效应及应用生活中会有这样的经验:火车急速离去时，汽笛声调会低沉下去;而迎面驶来，声调则变高，这种现象物理上称之为多普勒效应，它是波动现象特有的规律. 它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的。
多普勒效应是波动过程的共同特征，现在，此效应在激光测速、卫星定位、医学诊断、气象探测等很多领域有着广泛的应用。
1 多普勒效应及其表达式由于波源和接收器（或观察者）的相对运动，使观测到的频率与波源的实际频率出现差异。
这种现象叫多普勒效应。
1.1.1 声波的多普勒效应的普遍公式为了方便问题的讨论 , 我们假设观测者 R 相对于介质静止 , 波源S 相对于介质以速度 v 运动 , 运动方向跟连线 SR 相垂直 , 波相对于介质的传播速度为，如图所示以静止的观测者 R 建立静止参照系 , 运动的波源 S 建立运动参照系 . 设波源开始时位于 S , 经过一段微小的时间后运动到S ′处，波源在 S 处发射位相为的波的时刻 , 相对于静止参照系 R 是, 而相对于运动参照系 S 是 ; 波源在 S ′处发射位相为 U 的波的时刻 , 相对于静止参照系 R 是 t , 而相对于运动参照系 S 是 t ′ . 设波源所发射的波的频率为 f , 则有U - = 2 P f ( t ′ - ). (1) 对于观测者 , 其接收到波源所发出的位相为的波的时刻为=+ SR ／. (2)其所接收到波源所发出的位相为 U 的波的时刻为= t + S ′ R ／ . (3)设观测者所观测到的波的频率为 f ′ , 则有U -= 2 P f ( - ), . (4)由 (2) 式和 (3) 式得- = t - + ( S ′ R - SR ) ／. (5)在上如图 2, 我们在 S ′ R 上取一点 B , 使得 RS = RB , 则S ′ R - SR = S ′ B , 由于我们讨论的时间间隔很短 , 故 S ′ B 也很短 , 可以认为 SB ⊥ S ′ R , 于是有S ′ B = S ′ R - SR = SS ′sin △ H = v ( t - )sin △ H .上式中 t - 是微小量 , △ H 也是微小量 , 故 ( t - )sin △ H 是二级微小量 , 略去不计 , 则有 S ′ B = S ′ R - SR = 0, 于是 (9) 式变为- = t - , (6)由 (1) 、 (4) 和 (6) 式得f ′ ( t - ) = f ( t ′ -), (7)其中 , t ′ - t ′ 0 为运动参照系波源 S 上的时间间隔 , t - 为静止参照系观测者 R 上的时间间隔 .1.1.2声波的横向多普勒效应由于声波的传播速度远小于光速 c , 因而声波不符合相对论原理 .对声波而言 , 其时空变换关系符合伽利略变换 , 即有t - = t ′ - , 于是由( t - ) = f (t ′ - ), 式得= f由上式可知 , 对声波而言 , 观测者所观测到的声波频率与源所发出的声波频率是一样的 . 声波没有横向多普勒效应 .1.2.1光波（电磁波）多普勒效应的普遍公式B 静止于∑’系相对于∑系的原点O ’，且∑’系相对于∑系以速度v 沿XX ’正方向运动。
多普勒效应及应用解析
多普勒效应及应用解析多普勒效应是物理学中的一种现象，它描述了当波源和接收者相对移动时，由于观察者所处的相对速度不同，引起的波长或频率的变化。
多普勒效应具有广泛的应用，涉及许多领域，如天文学、医学、气象学和交通工程等。
本文将对多普勒效应的原理及其在不同领域的应用进行解析。
一、多普勒效应原理多普勒效应的原理可以通过将波分解成震荡源的相对运动和观察者的相对运动来解释。
当波源和观察者相向而行时，波源发出的波峰就会紧密地靠在一起，被观察者接收到的频率就比波源本身的频率更高，这被称为正多普勒效应。
相反，当波源和观察者远离彼此时，波峰之间的距离增加，接收到的频率就比波源本身的频率更低，这被称为负多普勒效应。
二、天文学中的应用多普勒效应在天文学中起着至关重要的作用，它可以帮助天文学家确定星体的运动速度、距离和组成成分。
通过观察星体的光谱线的频率变化，可以判断星体是远离地球还是靠近地球，从而推断其运动轨迹。
利用多普勒效应，科学家可以研究星系的运动状态，探索宇宙的演化历程。
三、医学中的应用在医学领域，多普勒效应被广泛应用于超声诊断技术中。
通过测量血液流动产生的声波的频率变化，医生可以判断血流速度、血管狭窄程度、心脏瓣膜的功能等。
多普勒超声技术在心脏病学、血管学和妇科学等领域有着重要的临床应用，为医生提供了无创、准确的诊断手段。
四、气象学中的应用气象学中的雷达多普勒效应被广泛应用于气象预测和风暴监测中。
通过测量气象物理过程中的反射或散射的电磁波的频率变化，气象学家可以准确地确定气象系统的运动速度和风向。
雷达多普勒技术使气象预报能够更精确地预测降水、气旋和龙卷风等极端天气事件，提高了人们对天气变化的预警和预防能力。
五、交通工程中的应用多普勒效应在交通工程中也有着广泛的应用。
例如，在交通领域中使用的测速仪器利用多普勒效应来测量车辆的速度。
当测速仪发射出的电磁波与车辆反射回来的波峰之间的频率差异即可计算出车辆的速度。
此外，多普勒雷达系统也用于交通流量监测、道路安全和交通事故预防等方面。
多普勒效应
靠近：f
远离： f
u vd
v 1 d f 0 u
②
、波传播速度为v，观察者不动，波源以速度V相对于观察者运动：
靠近： f
u
v sT
u u vs
f0
远离： f
u
v sT
噪音对人体危害很大。但往往不被人们重视。对人体的危害有影响睡眠、
休息和谈话，损伤听觉，影响工作效率，引起疾病等四个方面。30—40dB是
比较安静的正常环境，超过50dB就会影响睡眠和休息。70dB以上会干扰谈话， 造成心烦意乱，精神不集中，影响工作效率，长期工作在90dB以上的噪声环
境中，会使人听觉器官发生恶性损伤，引起耳聋及其他疾病，甚至死亡。
特点： 波长短，沿直线传播 穿透力强
应用：
声呐
探伤
超声加湿器
B超
仿生学
2、次声波： 频率低于20Hz的声波，称为次声波。
特点： 应用： 传播距离远 预报台风、海啸，探知核武器试验和导弹发射。
噪声污染趣谈
人们通常将有规律的振动产生的声音为乐音，没有规律振动产生的声音自 然数为噪音从环境角度讲，凡是例人烦恼、讨厌、不需要的声音都是噪音。
u u vs
f0
知识介绍：
星系谱线的“红移现象”
20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”。所谓“实际光的频率小。
如何解释上述的“红移现象”？
二、超声波和次声波 1、超声波： 频率高于20000Hz的声波，称为超声波。
多普勒效应
一、多普勒效应 1、现象： 当波源与观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率
多普勒效应名词解释 医学影像
多普勒效应名词解释序号一：多普勒效应的概念多普勒效应是指当波源或接收者相对于媒质运动时，波的频率和波长发生变化的现象。
在医学影像领域中，多普勒效应广泛应用于超声医学影像中，用于血流速度的检测、心脏功能的评估等方面。
序号二：多普勒效应原理多普勒效应的原理是基于波的相对运动而产生频率和波长变化的现象。
在超声医学影像中，当超声波与运动的血液相互作用时，超声波的频率会因为血液运动的速度而发生变化，从而产生多普勒频移信号。
根据多普勒频移信号的特点，可以计算出血流速度和方向，实现对血流情况的监测和分析。
序号三：多普勒超声成像技术多普勒超声成像技术是利用多普勒效应原理，通过探头发射超声波并接收回波信号，来实现对血流速度和方向的测量和显示。
多普勒超声成像技术可以实现动态观察血流的速度和流动情况，对于心脏功能、血管疾病等方面的诊断具有重要的临床意义。
序号四：多普勒超声在医学影像中的应用多普勒超声在医学影像中广泛应用于心血管病、妇产科、内科和外科等多个领域。
在心血管领域，多普勒超声可以实现对心脏功能的评估、心脏瓣膜的检测、颈动脉和下肢动脉的血流速度测量等；在妇产科领域，可以用于妊娠期胎儿的血流监测、卵巢肿块的诊断等；在内科和外科领域，可以用于肝脏、肾脏等器官的血流检测、深部静脉血栓的诊断等。
序号五：多普勒超声的优势多普勒超声具有无创伤、安全、无辐射等优点，适用于各个芳龄段和各种疾病的患者。
由于其成本低廉、操作简便、信息获取快速等特点，因此被广泛应用于临床诊断和治疗中。
结语多普勒效应作为一种重要的医学影像技术，通过超声波的频率变化来实现对血流速度和方向的测量，为临床医学提供了重要的辅助诊断手段。
随着医学影像技术的不断发展和完善，相信多普勒超声在临床医学中将发挥越来越重要的作用，为医疗领域的发展和患者的健康提供更多的帮助。
在医学影像领域中，多普勒超声成像技术的应用领域不断扩大，不仅可以用于心血管疾病、妇产科和内、外科的诊断，还可以在肿瘤学、神经科学等领域发挥重要作用。
多普勒效应原理公式
多普勒效应原理公式
多普勒效应计算公式分为以下三种：
1、纵向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线共线）：
f'=f[(c+v)/(c-v)]^(1/2)，其中v为波源与接收器的相对速度。
当波源与观察者接近时，v取正，称为“紫移”或“蓝移”。
否则v取负，称为“红移”。
2、横向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线垂直）：f'=f(1-β^2)^(1/2)，其中β=v/c。
3、普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f[(1-β^2)^(1/2)]/(1-βcos θ)，其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向。
多普勒效应是奥地利物理学家及数学家克里斯琴・约翰・多普勒于1842年提出。
主要内容为：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。
具有波动性的光也会出现这种效应，又被称为多普勒-斐索效应。
因为法国物理学家斐索，于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了这种效应测量恒星相对速度的办法。
光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化。
如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移。
如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。
多普勒效应
多普勒效应的由来
• 多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数 学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年 首先提出了这一理论。主要内容为：物体 辐射的波长因为光源和观测者的相对运动 而产生变化
多普勒效应主要内容
• 主要内容为：物体辐射的波长因为波源和 观测者的相对运动而产生变化。在运动的 波源前面，波被压缩，波长变得较短，频 率变得较高 （蓝移 blue shift）；当运动在 波源后面时，会产生相反的效应。波长变 得较长，频率变得较低 （红移 red shift）。 波源的速度越高，所产生的效应越大。根 据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源 循着观测方向运动的速度。具体还有
•
•
具体内容
• • • • 多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接 多普勒效应指出 收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒 当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音 乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c， 观察者移动速度为v： 当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观 察到的波源频率为（c-v）/λ。 一个常被使用的例子是火车的汽笛声，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。 如果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时更接近你自己。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。 产生原因： 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，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的 个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时 间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观 察者远离波源，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． ．
多普勒效应
3、只讨论波源，观察者的运动在二者连线上的情况
约定 u ──介质中的波速
Vs──波源相对于介质的速度 VB──观察者相对于介质的速度 三种速度均以介质为参照系。
2
一、波源、观察者均相对于介质为静止
Vs=0,VB=0 ──此时无多普勒效应
波源相对于介质为静止 （即Vs=0） ，波动频率等于波
源的振动频率
•
a,波源静止,波
面是同心的。
• • ••
b,波源速度小 于波速,波面错 开,产生多普勒 效应。
••• •
c,波源速度趋于波速,
所有波面在一点相
切,接收频率趋于无
穷大。
12
•
•
•
•
d，波源速度大于波速,波面的包络面呈圆锥状,即为马赫锥。
由于波的传播速度不会超过运动物体本身，故马赫锥面就 是波前，其外是没有扰动波及的。
u Vs=0
VB
察者向着波源运动，那么这时观 察者测得的波速
s
Px
u＇=u+ VB
观察者测得的波长
λ/ =λ
因为 Vs=0，
u
s
B2
u
u VB uT
(1 VB u
)
vB
S VS=0
即，当观察者向着波源运动时，
接收频率提高。
4
当观察者远离波源时, VB 取负值 , 接收频率降低。
B 2
u VB
7
2、若波源背离观察者运动 同理， 则波形被拉长
接收频率会降低
(u Vs )T
B 3
u
u Vs
s
8
四、观察者、波源同时相对于介质运动(Vs≠0，VB≠0)
相互靠近
多普勒效应
火车在进站时离观察者越来越近， 火车在进站时离观察者越来越近，人们 听到汽笛声的响度越来越大， 听到汽笛声的响度越来越大，实际上多数 人把响度的变大误认为是音调在升高了。 人把响度的变大误认为是音调在升高了。 同理，火车出站时响度越来越小， 同理，火车出站时响度越来越小，人们听 到汽笛声的响度越来越小， 到汽笛声的响度越来越小，多数人把响度 的变小误认为是音调在变低了。 的变小误认为是音调在变低了。
四、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 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 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 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， 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， 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 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
三、多普勒效应是波动特征，根本原因在于波源 多普勒效应是波动特征， 和观察者的相对运动。 和观察者的相对运动。 多普勒效应是波动过程共有的特征， 多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械 电磁波和光波也会发生多普勒效应。 波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。 支持宇宙膨胀说的红移现象） （支速度靠近波源， 若观察者 以速度靠近波源，则他相对于波面的运动 以速度靠近波源 速度为（ ＋ ），可认为波相对于观察者的有效波 速度为（u＋vs），可认为波相对于观察者的有效波 速为（ ＋ ），波长仍为 波长仍为λ， 速为（u＋vs），波长仍为 ，则单位时间内观察者 接收到的完整波个数， 接收到的完整波个数，即观察者的接收频率为
多普勒效应解释
多普勒效应解释
多普勒效应是指当光、声波或其他波源与观测者之间相对运动时，观测者会感受到波的频率和波长的变化。
如果波源与观测者接近，则波的频率会变高，波长会变短，这被称为“蓝移”；如果波源远离观测者，则波的频率会变低，波长会变长，这被称为“红移”。
在光学中，多普勒效应是指观测者和光源之间的相对速度导致光谱线的频率移动。
如果光源向观测者移动，则光谱线会向蓝色移动；如果光源远离观测者，则光谱线会向红色移动。
这种现象被广泛用于天文学领域，可以帮助科学家确定星系和行星的运动速度、距离和组成成分。
在声学中，多普勒效应也是指观测者和声源之间的相对速度导致声波频率的变化。
例如，当一个警车向你开过来时，你会听到警车的声音变高，因为声波频率增加了，这是由于警车和你之间的相对速度引起的。
反之，当警车远离你时，你会听到声音变低，因为声波频率降低了。
总的来说，多普勒效应是一种基本物理现象，广泛应用于天文学、声学和其他领域。
理解多普勒效应对于研究运动和相对速度具有重要意义。
多普勒效应
折射定律：
入射线、法线、折射线共面，入射线与折 射线分居法线两侧．入射角、折射角的正弦比 等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比
sin i v1 sin r v2
折射的原因：波在不同介质中速度不同
四、波的折射定律证明 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D点，A 点的到达C点，
波的波源。其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包
络面（拿布去包裹形成的面）是新的波面
二 、惠更斯原理 确定下一时刻平面波的波面
t +Δt 时刻的波面(包络面)
vΔt
. . . . . . . . .
子波波源
t 时刻的波面
二 、惠更斯原理 确定下一时刻球面波的波面
t +Δt 时刻
的波面(包络面)
uΔ t
B`B AA`
AB `B B`AA` A`AB ` BB `A
a
c
b
i i'
A
B v t A`
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 折射角（r）：折射波的波线与法线的夹角
i
介质I
介质II
法线
界面
r
四、波的折射
多普勒效应的应用
多 普 勒 天 气 雷 达惠更斯原理
一、波面和波线 波面：振动状态相同的质点组成的面。水波的波面 是一个个圆；空间一点发出的球面波，波面是以波 源为球心的一个个球面；对于平行光（光也是一种 波）波面是平面 (类比等势面）。 波线：箭头表示波的传播方向的线（类比电场线） 波面和波线的关系：垂直 （类似电场线与等势面的关 系） 波线 波线
多普勒效应
(7)
由于观察者的运动，观察者接收到的频率与
u vR 波的频率之间的关系为 R w u
(8)
（7）代入（8）式得
u vR R S u vS
(9)
当波源和观察者相向运动时，vS>0, vR>0
S
R
w
波源的频率，即波源在单位时间内发生 的完全波的数目。
观察者接收到的频率，即观察者在单位
时间内接收到的完全波的数目。 波的频率，即单位时间内通过介质中某 点的完全波的数目。
u 且有 w
当波源和观察者相对于介质静止时，有
R S w
1.波源不动,观察者以速度 v R 相对以介质运动 即 vS 0 , v R 0
u vS uTS vSTS vS
同理可得
v STS
uTS
u R S u vS
(5)
S 2 v S1 S
综合(4)、（5）两式，规定：
v 波源接近观察者时， S 0 波源远离观察者时，S 0 v u 则（4）、（5）两式可写成 R S (6) u vS
当波源和观察者相背运动时，vS<0, vR<0
u vR S ∴ R u
(2)
综合(1)、（2）两式，规定：
v v 观察者接近波源时， R 0 观察者远离波源时， R 0
则(1)、(2)两式可写成
u vR R S u
(3)
2.观测者静止，波源以速度 v S 相对于介质运动。
即 vS 0 , v R 0 （1）波源接近观察者时, 在一个周期TS内，波在介 质 中传播的距离为uTS，完成了一个完整波形。但在这 段时间内波源位置由S1移到S2，移过的距离为 v S TS , 可见，由于波源的运动，介质中的波长变小了， 实际波长为
多普勒效应公式推导
多普勒效应公式推导
多普勒效应是指在物体移动过程中，物体发出的光被其运动速度所移动而发生的改变，其表现为物体发出的光发生相对位移，或者说在观测者看来，物体的一些光谱线有所变化。
多普勒效应的公式为：
多普勒位移：Δλ=v/c*λ。
其中，Δλ表示多普勒位移，v表示放射源的移动速度，c表示光的速度且为一个常数，λ表示放射源发射的光的波长。
推导过程：
由一次级联衰减定律得：
F=F0*e^(-αt)。
其中，F表示物体发出的辐射，F0表示物体发出的辐射强度，α表示衰减系数，t表示物体发出辐射至观察者时间。
把F表示为物体发出的光谱强度，由光速公式得：
c=λ*ν。
其中，ν表示光的频率，由频率公式得：
ν=1/t可得：
F=F0*e^(-α/λ*ν)。
把ν表示为放射源移动速度v的比值，可得：
F=F0*e^(-α/λ*v/c)。
令F=F0*e^(-α*Δλ/λ)，可得：
Δλ=v/c*λ。
即多普勒效应的公式。
多普勒效应的一般公式
多普勒效应的一般公式
相对论描述了物体在靠近光速运动时出现的一种特殊效应，即多普勒效应（Doppler effect）。
多普勒效应是指当物体向或离观察者移动时，它所发射的辐射的频率和波长都发生变化，而发射的能量保持不变，这就是多普勒效应。
多普勒效应的一般公式可以表示为：
观察者的频率f'＝f*(c+V)/(c-V)
其中，f为物体发射的频率，V为物体相对于观察者的速度，c 为光速。
当物体向观察者移动时，V的值为正数，则物体的接收频率f'大于发射频率f，此时观察者称之为“蓝移”，也就是频率和波长向高频率和短波长方向变化。
当物体离开观察者时，V为负数，则物体的接收频率f'小于发射频率f，此时观察者称之为“红移”，也就是频率和波长向低频率和长波长方向变化。
多普勒效应不仅出现在光波，而且出现在电磁波、声波等任何有频率的辐射中，是具有广泛应用的物理现象。
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在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。
（2）当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接受到的频率为
F=Vf/(V-Vs) 显然此时频率大于原来的频率
由上面的式子可以得到多普勒效应的所有表现。
[编辑本段]光波的多普勒效应
具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应. 因为法国物理学家斐索（1819~1896年）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。
多普勒效应目录[隐藏]
多普勒效应的发现
声波的多普勒效应
光波的多普勒效应
声波的多普勒效应的应用
多普勒效应 Doppler effect
水波的多普勒效应多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移 blue shift）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移 red shift）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
在单色的情况下，我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率，或者解释为，在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域，这种效率越低，就越趋向于红色，频率越高的，就趋向于蓝色——紫色。比如，由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14赫兹，而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上。这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高频声音尖厉，低频声音低沉）。
我们知道血管内血流速度和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值，特别是对循环过程中供氧情况，闭锁能力，有无紊流，血管粥样硬化等均能提供有价值的诊断信息。
超声多普勒法诊断心脏过程是这样的：超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，激励发射换能器探头，产生连续不断的超声波，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号就为换能器所接受，就可以根据反射波与发射的频率差异求出血流速度，根据反射波以频率是增大还是减小判定血流方向。为了使探头容易对准被测血管，通常采用一种板形双叠片探头。
设声源S，观察者L分别以速度Vs,Vl在静止的介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为V，且Vs小于V，Vl小于V。当声源不动时，声源发现频率为f,波长为X的声波，观察者接受到的声波的频率为：
f'=(V-Vl)V/[(V-Vs)X]=(V-Vl)f/(V-Vs)
所以得 （1）当观察者和波源都不动时，Vs=0,Vl=0,由上式得f'=f
多普勒效应
多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：
但彩超采用的相关技术是脉冲波，对检测物速度过高时，彩流颜色会发生差错，在定量分析方面明显逊色于频谱多普勤，现今彩色多普勒超声仪均具有频谱多普勒的功能，即为彩色──双功能超声。
彩色多普勒超声血流图（CDF）又称彩色多普勒超声显像（CDI），它获得的回声信息来源和频谱多普勒一致，血流的分布和方向呈二维显示，不同的速度以不同的颜色加以别。双功多普勒超声系统，即是B型超声图像显示血管的位置。多普勒测量血流，这种Ｂ型和多普勒系统的结合能更精确地定位任一特定的血管。
光（电磁波）的多普勒效应计算公式分为以下三种：
（1）纵向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线共线）：f'=f [(c+v)/(c-v)]^(1/2)
其中v为波源与接收器的相对速度。当波源与观察者接近时，v取正，称为“紫移”或“蓝移”；否则v取负，称为“红移”。
（2）横向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线垂直）：f'=f (1-β^2)^(1/2) 其中β=v/c
目前，医疗领域内Ｂ超的发展方向就是彩超，下面我们来谈谈彩超的特点：
彩超简单的说就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，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。
（3）普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f [(1-β^2)^(1/2)]/(1-βcosθ)
其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况
[编辑本段]声波的多普勒效应的应用
声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，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”。
为了检查心脏、血管的运动状态，了解血液流动速度，可以通过发射超声来实现。由于血管内的血液是流动的物体，所以超声波振源与相对运动的血液间就产生多普勒效应。血管向着超声源运动时，反射波的波长被压缩，因而频率增加。血管离开声源运动时，反射波的波长变长，因而在单位时向里频率减少。反射波频率增加或减少的量，是与血液流运速度成正比，从而就可根据超声波的频移量，测定血液的流速。
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”。其主要优点是：①能快速直观显示血流的二维平面分布状态。②可显示血流的运行方向。③有利于辨别动脉和静脉。④有利于识别血管病变和非血管病变。⑤有利于了解血流的性质。⑥能方便了解血流的时相和速度。⑦能可靠地发现分流和返流。⑧能对血流束的起源、宽度、长度、面积进行定量分析。
交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量反射波的频率，根据反射波的频率变化的多少就能知道车辆的速度。装有多普勒测速仪的监视器有时就装在路的上方，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。
补充: 多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释. 波在介质中传播, 会出现频散现象, 随距离增加, 高频向低频移动.
[编辑本段]声波的多普勒效应
在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安·多普勒的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应。为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了.因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。 因此，声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）/（u-vs）f ，其中vs为波源相对于介质的速度，v0为观察者相对于介质的速度，f表示波源的固有频率，u表示波在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时，v0取正号；当观察者背离波源（即顺着波源）运动时，v0取负号. 当波源朝观察者运动时vs前面取负号；前波源背离观察者运动时vs取正号. 从上式易知，当观察者与声源相互靠近时，f1＞f ；当观察者与声源相互远离时。f1＜f
1．血流方向 在频谱多普勒显示中，以零基线区分血流方向。在零基线上方者示血流流向探头，零基线以下者示血流离开探头。在CDI中，以彩色编码表示血流方问，红色或黄色色谱表示血流流向探头（热色）；而以蓝色或蓝绿色色谱表示血流流离探头（冷色）。
当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/λ。
一个常被使用的例子是火车的汽笛声，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。