多普勒效应在生活中的应用(1)

东南大学

课程小论文

题目多普勒效应的应用院系土木工程学院

专业土木工程

姓名赵天辉

年级05110229

2011年12月13日

摘要

所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。

【关键词】：多普勒效应应用雷达农业

多普勒效应的应用

多普勒效应在我们的生活中已经用到了方方面面，比如车辆测速，灾后救援，超声波诊断病情等，而这些都基于多普勒效应在在实际生活中的应用。为了更好地理解下面我们举几个个例子来看看多普勒效应在生活中的实使用。

一、多普勒效应

当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应。多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。波源相对于介质不动，当观察者朝着波源运动时，观察者接收到的频率增大；当观察者远离波源时，观察者接收到的频率减小。当观察者的速度与波速相等时接收不到波，此时接收到的频率变为零。观察者相对于介质不动，当波源接近观察者时，观察者接收到的频率增大；波源远离观察者时，观察者接收到的频率减小。波源和观察者同时相对于介质运动，综合以上两种情况可知，一方面由于观察者运动，使波面通过观察者的速度增大或减小；另一方面由于波源的运动，使观察者所在处的波的波长缩短或伸长。不仅机械波有多普勒效应，电磁波也有多普勒效应。

二、多普勒效应的应用

1.雷达测速仪

检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据反射波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警车有时就停在公路旁，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。这样就可以对超速的汽车做出记录了。

2.多普勒效应在医学上的应用

在临床上，多普勒效应的应用也不断增多，近年来迅速发展起来的超声脉冲检查仪就是一个很好的例子。当声源或反射界面移动时，比如当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散射的声音频率发生改变，由这种频率偏移就可以知道血流

的方向和速度，如红细胞朝向探头时，根据Doppler原理，反射的声频则提高，如红细胞离开探头时，反射的声频则降低。医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度．这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。

另外一个例子就是心脏彩色多普勒的应用：韦伯超人射来时，他的频率会增高，音调会变尖：而背离人去时，频率则会降低，音调变粗。这就是多普勒效应造成的。心脏彩色多普勒正是应用这种原理，将心脏图样画的极具观赏性，成为目前世界上最先进的超声诊断设备。这种技术已成为现代临床医学中不可缺少的诊断工具，目前来说是诊断心脏病特别是先天性心脏病的有效方法。

3.宇宙学研究中的多普勒现象

目前通过多普勒效应制成的各种仪器已经广泛运用在对宇宙的观察和研究之中了。

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. 由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。因而1948年伽莫夫（G. Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。 20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受，以致被天文学家称为宇宙的"标准模型" 。

正是这个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。 1868年，英国天文学家W. 哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度（即物体远离我们而去的速度），得出了46 km/s的速度值。

4.移动通信中的多普勒效应

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"。虽然在日常的生活中我们步行或者坐车因为速度的缘故不能产生明显的多普勒效应即频率的偏差，但是一旦换作了飞机等高速移动的设备时，这种偏差就被N倍放大了，这也就是通信收到了多普勒效应的影响，从而导致通信的混乱，所以在现代通信中必须充分考虑到他的影响，从而也使通信工程增加了更多的复杂性。

5.农业中的多普勒效应

多普勒效应不仅运用于各种工业和军事领域，农业也因此而受惠了。利用多普勒效应来增产抗病就是个很好的例子。

植物声频控制技术是建立在植物经络系统的理论基础上，利用He-Ne激光多普勒效应测振仪，精确地测定出植物自发声和接受声的频率，并测定出植物自发声频率与环境因子如温度、湿度及组织含水量之间的关系，做了频普分析，进而研制了植物声频发生器。

利用声频发生器对植物施加特定频率的声波，与植物发生共振，促进各种营养元素的吸收#传输和转化，从而增强植物的光和作用和吸收能力，促进生长发育，达到增产、增收、优质、抗病的目的。

6.多普勒效应在天气预报上的应用

我国南方一直是饱受夏季季风气候和台风等灾害天气影响的严重地区之一。多普勒天气雷达的应用提高了我国夏季主要灾害天气梅雨锋中尺度强暴雨的预报监测能力，也结束了荆江地区无高性能监测雷达的历史。我国首部可移动式多普勒天气雷达由中国气象局和湖北省荆州市政府共同投资，是国家９７３项目“长江流域梅雨锋强暴雨外场试验”大型重点气象工程的关键设备，日前在湖北荆州启用。

决定写这个题目，是因为听了一堂关于雷达的讲座，而在讲座中老师提到了多普勒效应的应用，而且还特意强调了基础的重要。一堂讲座下来，最大的收获大概就是要重视现在所学的知识，哪怕它知识全书中不起眼的一小部分，科学上看似复杂的发明都是一个又一个简单的原理的组合，一个科学发现，它的价值到底有多少谁也不知道。有时你们可能认为自己学的东西太简单、太理论、太枯燥、而且没有专业性，于是很多人想大三之后再好好学专业，殊不知现在学的正是基础，基础打好了，以后才能有发展。就像多普勒效应这个简单的原理，如果不查资料还真不知道它有这么多应用呢！当然科学无止境，现在所知所用的不过是冰山的一角，还有很大的空间在等着我们去探索呢。不只是多普勒效应，更多的科学原理、还有等着我们去应用，并在实践中完善，真正的把知识变为财富让其有用武之地，真正的为人类社会做出贡献。要知道也许你的努力可以带来整个国家的科技水平或综合国力的一个层次的提升。

参考文献

1．李斌基于电磁波多普勒效应测速应用研发《中国西部科技》 2009年36期

2．王绪本超声速多普勒效应《现代物理知识》 1998年04期