1、1 7 多普勒效应多普勒效应 一、关于一、关于u二、机械波的多普勒效应二、机械波的多普勒效应三、需要说明的问题三、需要说明的问题2 多普勒效应多普勒效应 由于波源、探测器的相对运动而引起探由于波源、探测器的相对运动而引起探 测的测的频率频率与波源发射的与波源发射的频率频率不等的现象不等的现象3一、关于一、关于u波速波速 与介质和波的类型有关与介质和波的类型有关 而与波源无关而与波源无关波一旦从振源发出就忘记了自己波一旦从振源发出就忘记了自己的来源的来源 而以介质给定的特定速度在介质而以介质给定的特定速度在介质中传播中传播或换言之：或换言之：4u波的频率波的频率 介质中某点单位时间内振介质中某点
2、单位时间内振 动的次数动的次数波长波长 一个完整波在介质中沿波一个完整波在介质中沿波 线展开的长度线展开的长度是介质中某点三量的关系是介质中某点三量的关系结论：结论：关系式关系式5三种频率：三种频率：振源振动的频率振源振动的频率介质中某点振动的频率介质中某点振动的频率探测器探测的频率探测器探测的频率SR振源、探测器的相对运动状态振源、探测器的相对运动状态直接影响人们探测到的频率直接影响人们探测到的频率（波的频率）（波的频率）6二、机械波的多普勒效应二、机械波的多普勒效应在在本问题本问题中中以介质作参考系以介质作参考系先讨论先讨论波源、探测器的运动发生在两者的波源、探测器的运动发生在两者的连线连
3、线上上SRuSVRV振源相对介质的速度振源相对介质的速度探测器相对介质的速度探测器相对介质的速度波在介质中的传播速度波在介质中的传播速度解决解决由于由于 S、R 的相对的相对运动运动注意：注意：R与与S的关系的关系700RSVVSRSR第一种情况：第一种情况：以前的讨论以前的讨论均属此种情况均属此种情况源和探测器相对源和探测器相对介质均不动介质均不动SVRV方向沿两者连线方向沿两者连线SR800RSVVR 迎着源迎着源SSuu第二种情况：第二种情况：RV由由0SVS0RV由由在介质中波长为在介质中波长为且探测器迎着波源而动且探测器迎着波源而动 则在单位时间内则在单位时间内 探测器接收到完整波的
4、个数会增加探测器接收到完整波的个数会增加SR9uRRVSRRuVu则则R 远离远离 SSRRuVuRVR 迎着源迎着源SSuuRVSR探测器单位时间内接受到的完整波的个数探测器单位时间内接受到的完整波的个数增加了增加了RV结果结果频率频率频率频率10R 迎着源迎着源 SR 远离源远离源 SSRRuVuSRRuVuSRRVRV由于波源不动由于波源不动所以介质中的波长不变所以介质中的波长不变相当于改变了波的传播速度相当于改变了波的传播速度00RSVV归纳：归纳：1100SRVVS 迎着迎着 RSPSuTSSSTVS 静止静止第三种情况：第三种情况：SV由由0RVRSR12SSSTVuT uRSSR
5、VuuSSTVuu)(SPSuTSSSTVS S 静止静止介质中波长变为介质中波长变为频率频率S 远离远离 RSSRVuu频率频率13S 迎着迎着 RS 远离远离 RSSRVuu00SRVV归纳归纳：SSRVuu波长发生了变化波长发生了变化SSSTVuT 迎迎SSSTVuT 离离14水波的多普勒效应（波源向左运动）水波的多普勒效应（波源向左运动）1500RSVVSSRRVuVu相向相向SSRRVuVu远离远离第四种情况：第四种情况：相当于波速增加相当于波速增加波长变短波长变短相当于波速减少相当于波速减少波长变长波长变长16三、需要说明的问题三、需要说明的问题1.R、S 运动任意运动任意SRSV
6、RVSSRRVuVucoscos如果垂直连线运动如果垂直连线运动则则SSRRVuVucoscos有相向分量有相向分量有远离分量有远离分量机械波：机械波：只有纵向效应只有纵向效应SR172.激波激波 ut uS v0 R 时时，后发出的波面将超越先发出的波面后发出的波面将超越先发出的波面 形成形成锥形波阵面锥形波阵面 冲击波（船舷波）冲击波（船舷波）SSVtVS18SVusin 冲击波带冲击波带uVS马赫数马赫数 对超音速飞机的最小对超音速飞机的最小飞行高度要有一定限制飞行高度要有一定限制马赫锥马赫锥形成的锥叫马赫锥形成的锥叫马赫锥 ut SSVtVS19超音速的子弹超音速的子弹在空气中形成在空
7、气中形成的激波的激波（马赫数为（马赫数为2 ）20作起始脉冲和截止脉冲作起始脉冲和截止脉冲高能带电粒子在介质中的速度超过光在介质中高能带电粒子在介质中的速度超过光在介质中的速度时的速度时将发生锥形的电磁波将发生锥形的电磁波切连柯夫辐射切连柯夫辐射可用来探测高能带电粒子可用来探测高能带电粒子脉冲重叠脉冲重叠也可用来也可用来不易引起不易引起电磁激波电磁激波 切连柯夫辐射切连柯夫辐射(Cherenkov radiation)：它发光持续时间短它发光持续时间短（数量级（数量级10-10s）21 3.光波的多普勒效应光波的多普勒效应 特点：特点：1）由光速不变原理只存在源与探测器之间的由光速不变原理只存
8、在源与探测器之间的 相对速度相对速度 V 2)既有纵向效应又有横向效应既有纵向效应又有横向效应 4.应用应用 1）测量天体相对地球的视线速度测量天体相对地球的视线速度 远处星体发光有红移现象远处星体发光有红移现象-宇宙大爆炸宇宙大爆炸 由红移可得恒星的退行速度由红移可得恒星的退行速度222）光谱线的多普勒增宽光谱线的多普勒增宽 发光原子的热运动引起发光原子的热运动引起 所以所以实际光源发光实际光源发光（复色光）（复色光）不可能不可能是单一频率（是单一频率（单色光单色光）的）的3）技术上，测量运动物体的视线速度技术上，测量运动物体的视线速度 如飞机接近雷达的速度如飞机接近雷达的速度 汽车的行驶速度汽车的行驶速度 人造卫星的跟踪人造卫星的跟踪 流体的流速流体的流速4）医学上医学上“超超”利用超声波的多普勒效应体检利用超声波的多普勒效应体检23警察用多普勒测速仪测速警察用多普勒测速仪测速超声多普勒效应测血流速超声多普勒效应测血流速24超声波超声波 胎儿的超声波影象（假彩色胎儿的超声波影象（假彩色）20000Hz的声波的声波了解其应用了解其应用第第2章结束章结束
