多普勒效應(yīng)

1、思考與討論,,當(dāng)奔馳的列車向你駛來，并經(jīng)過你的身旁，而后又離開你駛向遠方，在這一過程中，你有沒有注意到你耳朵中聽到的列車的鳴笛聲有什么特殊的現(xiàn)象？,生活中的特殊現(xiàn)象,列車靠近時，鳴笛聲越來越尖銳；列車遠離時，鳴笛聲越來越低吟。是不是列車的擴音器的頻率本身發(fā)生了變化？,生活中的特殊現(xiàn)象,汽車駛近時，行駛的聲音越來越尖銳；汽車遠離時，行駛的聲音越來越低吟。是不是汽車行駛的聲音的頻率本身也發(fā)生了變化？,生活中的特殊現(xiàn)象,飛機飛近時，轟鳴聲越來

2、越尖銳；飛機飛遠時，轟鳴聲越來嘶啞。是不是飛機的轟鳴聲的頻率本身也發(fā)生了變化？,§2.6 多普勒效應(yīng),多普勒效應(yīng)(Doppler effect),1、現(xiàn)象(1842年發(fā)現(xiàn))：當(dāng)汽車向你駛來時，感覺音調(diào)變高；當(dāng)汽車離你遠去時，感覺音調(diào)變低。,3、多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。,2、音調(diào)：由頻率決定，頻率越高音調(diào)越高，頻率越低音調(diào)越低。,注意：頻率由聲源決定，實際頻率并沒有變

3、化。,多普勒效應(yīng)實驗,將蜂鳴器固定在一長竹桿的一端，然后用竹桿將蜂鳴器舉起，并在頭上快速旋轉(zhuǎn)，即可感受多普勒效應(yīng)。,多普勒效應(yīng)實驗,多普勒效應(yīng)模擬,1、觀察者靜止不動，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個人經(jīng)過。,2、當(dāng)觀察者逆著隊伍行走時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個人經(jīng)過。,v測=0,3、當(dāng)觀察者與隊伍同向行走且速度比隊伍的小時，數(shù)經(jīng)過的隊伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個人經(jīng)過。,多普勒效應(yīng)的成因,1、聲源完成一次全振

4、動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。,2、觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是觀察者接收到的頻率，即單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)。,3、由于相對運動，聲源的頻率沒有變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化。,單位時間內(nèi)波源發(fā)出幾個完全波，觀察者在單位時間內(nèi)就接收到幾個完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。,1、波源和觀察者沒有相對運動時,多普勒效應(yīng)的成因,2、觀

5、察者朝波源運動時,,觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大。,3、觀察者遠離波源運動時,觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減少。,觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到的頻率增大。,觀察者感到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。,1、波源朝觀察者運動時,2、波源遠離觀察者運動時,多普勒效應(yīng)的成因,1、當(dāng)波源與觀察者有相對運動時，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者相

6、互遠離，觀察者接收到的頻率減小。,2、在觀察者運動的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于觀測到的波的速度發(fā)生改變（波的波長不變）。,3、在波源運動的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于觀測到的波的波長發(fā)生改變（波的速度不變）。,多普勒效應(yīng),多普勒效應(yīng),1）觀察者朝波源運動,2）觀察者離波源運動,1、波源不動，觀察者相對波源運動,多普勒效應(yīng)中觀測頻率的計算,2、觀察者不動，波源相對觀察者運動,1）波源朝觀察者運動,2）波源離觀察者

7、運動,多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征，一切波（如電磁波和光波）都能發(fā)生多普勒效應(yīng)。,應(yīng)用1、雷達測速儀：交通警察向行進中的汽車發(fā)射一個已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運動的汽車反射回來時，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。,多普勒效應(yīng)的應(yīng)用,應(yīng)用2、有經(jīng)驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢；有經(jīng)驗的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠去。,應(yīng)用3、用多普勒效應(yīng)測量其它星系向著還是遠離地

8、球運動的速率。,宇宙中的星球都在不停地運動．測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后跟地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，就可以算出星球靠近或遠離我們的速度。,應(yīng)用4、臨床上應(yīng)用：彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng),醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度．這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。,多普勒效應(yīng)的應(yīng)用,應(yīng)用5、軍事應(yīng)用(E-3“望樓” 預(yù)警機)

9、 脈沖多普勒雷達，多譜勒導(dǎo)航儀,多普勒效應(yīng)的應(yīng)用,波長：17m -17mm,科學(xué)漫步,1、可聞聲波： 人耳能聽到的聲波，其頻率范圍大致在20Hz-20000Hz之間。,2、次聲波：頻率低于20Hz的聲波。不能引起人類聽覺器官的感覺。,3、超聲波：頻率高于20000Hz的聲波。不能引起人類聽覺器官的感覺。,1、次聲波的特點：次聲波由于頻率小,故波長較長,易發(fā)生衍射,傳播距離較遠。,2、次聲波的應(yīng)用：通過次聲波探知幾千千米外的核武器試驗和導(dǎo)

10、彈的發(fā)射，或預(yù)報破壞性很大的海嘯、臺風(fēng)。,次聲波,3、次聲波對人體的影響,1）次聲波1-3Hz：可以使人產(chǎn)生恐懼，地震前動物的不安，也是這個頻率的次聲波引起；,2）次聲波3-6Hz：能使人精神失常，失去理智；,3）次聲波8-12Hz：可以使人思維集中，增強記憶力；,4）太強的次聲波將使人感到煩躁、耳鳴、頭痛、惡心和心悸，人的暈船和暈車就是由于機械振動、空氣和海浪摩擦發(fā)生的次聲波引起；特別強的次聲波還會使人四肢麻木、耳聾、鼻孔出血、內(nèi)臟破

11、裂，直至死亡。,超聲波,1、超聲波的能量很大：理論研究表明，在振幅相同的情況下，一個物體的振動能量跟振動頻率的二次方成正比。超聲波的頻率很高，因而能量很大。,2、超聲波沿直線傳播：因為超聲波的波長很短，不易繞過障礙物發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故超聲波基本上沿直線傳播。,應(yīng)用1、 超聲波加濕器的基本原理：利用超聲波的劇烈振動可以把普通水“打碎”成直徑僅為幾微米的小水珠，變成霧氣噴散到房間的空氣中，增大房間中空氣的濕度,超聲波,應(yīng)用2、超聲波霧化

12、器：超聲波還可以把藥物擊碎成微粒和空氣混合形成“藥霧”，病人吸入后，可以治療肺部和氣管類疾病，如咽喉炎和氣管炎。,應(yīng)用3、治療各種結(jié)石疾?。豪贸暡ǖ木薮竽芰窟€可以把人體內(nèi)的結(jié)石擊碎。,應(yīng)用4、按摩療效：利用超聲波作用于人體時。機體細胞受到振蕩和刺激，可起按摩作用，治療神經(jīng)痛等疾患。,應(yīng)用5、用超聲波消毒滅菌也是有效的。例如用超聲波來給牛奶消毒，效果良好，而且能避免煮沸法對營養(yǎng)成分的破壞,超聲波,應(yīng)用6、超聲波探傷：由于超聲波的穿透能

13、力很強，可以制成超聲波探傷儀，用來探查金屬、陶瓷、混凝土制品，甚至水庫大壩，檢查內(nèi)部是否有氣泡、空洞和裂紋等缺陷。,超聲波,應(yīng)用7、B超：就是利用超聲波的發(fā)射，來探查人體內(nèi)部的各種器官、組織等有無異常，還可以確定腫瘤的有無、位置和大小等等．,超聲波,應(yīng)用8、利用超聲波清洗污垢：金屬零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事，但如果在放有這些物品的清洗液中通入超聲波，清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢，能夠很快清洗干凈。,應(yīng)用9、聲吶：超聲波在水

14、中傳播的距離要比光波和無線電波遠得多。水聲測位儀就是根據(jù)超聲波的這種特性制成的裝置，這種裝置既能發(fā)出短促的超聲波脈沖．又能接收被潛艇、魚群或海底反射回來的超聲波，根據(jù)反射波滯后的時間和波速，就可以確定潛艇、魚群的位置或海水深度,仿生學(xué),1、很多動物都有完善的發(fā)射和接收超聲波的器官。以昆蟲為食的蝙蝠，視覺很差，飛行中不斷發(fā)出超聲波的脈沖，依靠昆蟲身體的反射波來發(fā)現(xiàn)食物。海豚也有完善的“聲吶”系統(tǒng)，使它能在混濁的水中準確地確定遠處小魚的位置

15、。,2、現(xiàn)代的無線電定位器——雷達，質(zhì)量有幾十、幾百、幾千千克，蝙蝠的超聲定位系統(tǒng)只有幾分之一克，而在一些重要性能上，如確定目標方位的精確度、抗干擾的能力等都遠優(yōu)于現(xiàn)代的無線電定位器。深入研究動物身上各種器官的功能和構(gòu)造，將獲得的知識用來改進現(xiàn)有的設(shè)備和創(chuàng)制新的設(shè)備，這就是近幾十年來發(fā)展起來的一門新學(xué)科——仿生學(xué)。,1、關(guān)于多普勒效應(yīng)，下列說法正確的是（ ）A．多普勒效應(yīng)是由于波的干涉引起的B．多普勒效應(yīng)說明波源的頻率發(fā)生改變

16、C．多普勒效應(yīng)是由于波源與觀察者之間 有相對運動而產(chǎn)生的D．只有聲波才可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng),2、當(dāng)火車進站鳴笛時，我們可聽到的聲調(diào)（ ）A．變高 B．不變高 C．越來越沉 D．不知聲速和火車車速，不能判斷,C,A,課后練習(xí),3、下列說法正確的是(在空氣中傳播)（ ）A、超聲波的傳播速度大于次聲波的傳播速度B、超聲波的傳播速度等于次聲波的傳播速度C、蝙蝠有發(fā)達的視覺D、蝙蝠有很完善的發(fā)射和

17、接收超聲波的器官,BD,課后練習(xí),4、海豚具有完善的發(fā)射和接收超聲波器官，在一些重要性能上，如確定方位的靈敏度，都遠遠優(yōu)于現(xiàn)代的無線電定位系統(tǒng)，它發(fā)射的波比無線電的微波（ ）A、速度快，方向性好B、頻率高，抗干擾能力強C、波長小，傳播距離遠D、在介質(zhì)中衰減小，傳播距離遠,D,課后練習(xí),課后練習(xí),5、以速度u=20m/s奔馳的火車,鳴笛聲頻率為275Hz,已知常溫下空氣中的聲速v=340m/s。⑴當(dāng)火車駛來時,站在鐵道旁的

18、觀察者聽到的笛聲頻率是多少？⑵當(dāng)火車駛?cè)r,站在鐵道旁的觀察者聽到的笛聲頻率是多少？,292Hz,260Hz,6、一個觀察者在鐵路附近，當(dāng)火車駛近時，他聽到的汽笛聲頻率為f1=440Hz，當(dāng)火車駛遠時，他聽到的頻率為f2=392Hz，在大氣中聲音速度為330m/s，求火車的速度？,19m/s,17.9,7、圖A是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的