多普勒效应及应用PPT课件
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❖ 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。
-
13
二、多普勒效应的应用
1）交通上测量车速（雷达测速仪）； 2）医学上用于测量血流速度（多普勒检查）； 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.
-
-
7
v 2、观察者不动，波源相对介质以速度
运动
s
-
8
T
s s'
uA
T'vsTb
uu
vsT
b
' 1 u u
T' vsT u vs
观察 ' u 波源向观察者运动
者接 收的 频率
'
u
u
vs
u vs
波源远离观察者
-
9
说明2
❖ 在波源运动的情况下，引起观察者接收 频率的改变，是由于观测到的波长发生 改变（波的传播速度不变）
14
应用之一（雷达测速仪）
❖ 交通警察向行进中的 汽车发射一个已知频 率的电磁波（通常是 红外线），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。
-
15
应用之二（多普勒天气雷达—尼克斯雷达）
❖ 尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪 进行探测的一种新型雷达。
❖ 由于雨滴和雪花运动方式不同，雷达反射回 来的波频率也不同。根据雷达接收反射回来 的无线电波的频率，就可以分析出风、雨、 雪花的运动情况。利用多普勒效应，就可以 确定风暴是不是向这个方向刮来，并且能判 定速度的大小。
应用之六（光谱线的红移——宇 宙膨胀学说的理论基础）
❖ 1848年，法国物理学家斐索指出，注意 谱线的位置能够取得观测光的多普勒效 应的最佳效果。因此人们把光的多普勒 效应称为多普勒-斐索效应。
-
20
应用之七
❖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；
❖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。
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.
-
5
1、 波源不动，观察者相对介质以速度 v o 运动
观察 ' uvo 观察者向波源运动
者接 收的
u
' u vo 观察者远离波源
频率
u
-
6
说明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传 播速度发生改变（波的波长不变）
1、波源的频率（v）：单位时间内波源振动的次数 或发出的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。
2、接收到的频率（v’）：观察者在单位时间内接 收到的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。
规定: vo表示观察者相对于媒质的运动速度。 vs表示波源相对于媒质的运动速度。 u 表示波的传播速度
-
4
讨论 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？
❖ 1、现象（1842年发现）：当汽车或者火车向 你驶来时，感觉音调变高；当汽车或者火车 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）。
❖ 2、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，称 为多普勒效应。
-
3
一、多普勒效应原理
几个重要概念
-
16
应用之三（多普勒B超或彩超仪）
❖ 多普勒B超或彩超仪：对 运动的脏器和血流进行 检测的仪器。
❖ 原理：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。
-
17
应用之四（多普勒胎心仪）
❖ 多普勒胎心仪主要是用来做胎心监护的 电子仪器, 多采用超声多普勒技术，其 超声剂量要小。
Biblioteka Baidu
情况
波源静止 波源静止
波源静止
波源向观察 者运动
观察者静止
观察者向波 源运动 观察者远离 波源运动 观察者静止
观 等于 波
察
源
者 大于 的
接
频
收 小于 率
频
率 等于
波源远离观 观察者静止
小于
察者运动
-
12
总结
❖ 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。
-
10
3、波源与观察者同时相对介质运动 (vs,vo)
'
u u
vo vs
v o 观察者向波源运动 + ，远离 .
v s 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
'
u u
v'o v's
v's
vo
v'o
vs
-
11
运动和频率的关系列表
波源的运动 观察者运动 频率的关系
情况
❖ 胎心监护目的：监查胎儿胎动是否异常， 根据胎心状况，做出相应的处理。
-
18
应用之五（多普勒声纳）
❖ 舰艇、油轮、货船行驶在浩 瀚无垠的大海上，如何准确 的沿着既定的目标前进呢？
❖ 多普勒声纳可以提供这种帮 助。
❖ 多普勒声纳是根据多普勒效 应研制的一种利用水下声波 来测速和计程的精密仪器。
-
19
多普勒效应及应用
❖ 一、多普勒效应原理 ❖ 二、多普勒效应的应用
-
1
多普勒 C. Doppler， 1803-1853
奥地利物理学家，他于
1842年第一次论证了相
互转动的双星系统所发
射的光的频率的微小变
化，继而又讨论了声源
与观察者之间相对运动
时，观察者所接收的声
波频率的变化。
-
2
一、多普勒效应原理
❖ A. 变高 ❖ B. 不变高 ❖ C. 越来越低沉 ❖ D. 不知声速和火车车速，不能判断 ❖ 答案：A
-
23
课后练习
❖ 3、以速度vs=20 m/s奔驰的火车，鸣笛声频率 为275Hz，已知常温下空气中的声速u=340 m/s。
❖ （1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听 到的频率是多少？
❖ （2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听 到的频率是多少？
-
21
课后练习
❖ 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相对
运动而产生的
❖ D. 只有声波才可以产生多谱勒效应 ❖ 答案：C
-
22
课后练习
❖ 2、当火车进站鸣笛时，我们可以听到的声调 （）
-
24
解： （1）观察者不动，波源向观察者运动
v' u v u vs
340 275 340 20
292 (Hz)
（2）观察者不动，波源远离观察者
v' u v u vs
340 ×275 340 + 20
-
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二、多普勒效应的应用
1）交通上测量车速（雷达测速仪）； 2）医学上用于测量血流速度（多普勒检查）； 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.
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v 2、观察者不动，波源相对介质以速度
运动
s
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T
s s'
uA
T'vsTb
uu
vsT
b
' 1 u u
T' vsT u vs
观察 ' u 波源向观察者运动
者接 收的 频率
'
u
u
vs
u vs
波源远离观察者
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说明2
❖ 在波源运动的情况下，引起观察者接收 频率的改变，是由于观测到的波长发生 改变（波的传播速度不变）
14
应用之一（雷达测速仪）
❖ 交通警察向行进中的 汽车发射一个已知频 率的电磁波（通常是 红外线），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。
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15
应用之二（多普勒天气雷达—尼克斯雷达）
❖ 尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、雪 进行探测的一种新型雷达。
❖ 由于雨滴和雪花运动方式不同，雷达反射回 来的波频率也不同。根据雷达接收反射回来 的无线电波的频率，就可以分析出风、雨、 雪花的运动情况。利用多普勒效应，就可以 确定风暴是不是向这个方向刮来，并且能判 定速度的大小。
应用之六（光谱线的红移——宇 宙膨胀学说的理论基础）
❖ 1848年，法国物理学家斐索指出，注意 谱线的位置能够取得观测光的多普勒效 应的最佳效果。因此人们把光的多普勒 效应称为多普勒-斐索效应。
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20
应用之七
❖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；
❖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。
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.
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5
1、 波源不动，观察者相对介质以速度 v o 运动
观察 ' uvo 观察者向波源运动
者接 收的
u
' u vo 观察者远离波源
频率
u
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6
说明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传 播速度发生改变（波的波长不变）
1、波源的频率（v）：单位时间内波源振动的次数 或发出的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。
2、接收到的频率（v’）：观察者在单位时间内接 收到的‘完整波’的个数。单位：赫兹，Hz。
规定: vo表示观察者相对于媒质的运动速度。 vs表示波源相对于媒质的运动速度。 u 表示波的传播速度
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4
讨论 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？
❖ 1、现象（1842年发现）：当汽车或者火车向 你驶来时，感觉音调变高；当汽车或者火车 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）。
❖ 2、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，称 为多普勒效应。
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一、多普勒效应原理
几个重要概念
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16
应用之三（多普勒B超或彩超仪）
❖ 多普勒B超或彩超仪：对 运动的脏器和血流进行 检测的仪器。
❖ 原理：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。
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应用之四（多普勒胎心仪）
❖ 多普勒胎心仪主要是用来做胎心监护的 电子仪器, 多采用超声多普勒技术，其 超声剂量要小。
Biblioteka Baidu
情况
波源静止 波源静止
波源静止
波源向观察 者运动
观察者静止
观察者向波 源运动 观察者远离 波源运动 观察者静止
观 等于 波
察
源
者 大于 的
接
频
收 小于 率
频
率 等于
波源远离观 观察者静止
小于
察者运动
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总结
❖ 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。
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10
3、波源与观察者同时相对介质运动 (vs,vo)
'
u u
vo vs
v o 观察者向波源运动 + ，远离 .
v s 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
'
u u
v'o v's
v's
vo
v'o
vs
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运动和频率的关系列表
波源的运动 观察者运动 频率的关系
情况
❖ 胎心监护目的：监查胎儿胎动是否异常， 根据胎心状况，做出相应的处理。
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18
应用之五（多普勒声纳）
❖ 舰艇、油轮、货船行驶在浩 瀚无垠的大海上，如何准确 的沿着既定的目标前进呢？
❖ 多普勒声纳可以提供这种帮 助。
❖ 多普勒声纳是根据多普勒效 应研制的一种利用水下声波 来测速和计程的精密仪器。
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多普勒效应及应用
❖ 一、多普勒效应原理 ❖ 二、多普勒效应的应用
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1
多普勒 C. Doppler， 1803-1853
奥地利物理学家，他于
1842年第一次论证了相
互转动的双星系统所发
射的光的频率的微小变
化，继而又讨论了声源
与观察者之间相对运动
时，观察者所接收的声
波频率的变化。
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2
一、多普勒效应原理
❖ A. 变高 ❖ B. 不变高 ❖ C. 越来越低沉 ❖ D. 不知声速和火车车速，不能判断 ❖ 答案：A
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课后练习
❖ 3、以速度vs=20 m/s奔驰的火车，鸣笛声频率 为275Hz，已知常温下空气中的声速u=340 m/s。
❖ （1）当火车驶来时，站在铁道旁的观察者听 到的频率是多少？
❖ （2）当火车驶去时，站在铁道旁的观察者听 到的频率是多少？
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21
课后练习
❖ 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相对
运动而产生的
❖ D. 只有声波才可以产生多谱勒效应 ❖ 答案：C
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课后练习
❖ 2、当火车进站鸣笛时，我们可以听到的声调 （）
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24
解： （1）观察者不动，波源向观察者运动
v' u v u vs
340 275 340 20
292 (Hz)
（2）观察者不动，波源远离观察者
v' u v u vs
340 ×275 340 + 20