用多普勒效應(yīng)測(cè)速的原理及應(yīng)用

1、用多普勒效應(yīng)測(cè)速的原理及應(yīng)用用多普勒效應(yīng)測(cè)速的原理及應(yīng)用肖?。ū本┕I(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)院電子信息工程系）摘要：闡述用實(shí)驗(yàn)分析多普勒測(cè)速效應(yīng)的原理及具體應(yīng)用方法。實(shí)驗(yàn)中用水波代替了原本的聲波，通過波紋的疏密清晰的反映了多普勒效應(yīng)。關(guān)鍵詞：多普勒效應(yīng)；速度；由于波源或觀察者相對(duì)于介質(zhì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所接收到的波頻率有所變化的現(xiàn)象就叫做多普勒效應(yīng)這種現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒（1803～1853）于1842年首先發(fā)現(xiàn)的，因此以他的名字命名。1多

2、普勒效應(yīng)驗(yàn)證方法多普勒效應(yīng)驗(yàn)證方法我們可以用水波代替聲波（都是機(jī)械波），做如下演示實(shí)驗(yàn)在盛有清水的大水槽中，以一端粘有直徑約為8ｍｍ的石蠟球的細(xì)彈簧作為彈簧單振子，使單振子與水面接觸，若使單振子沿豎直方向周期性地上下?lián)舸蛩?，這時(shí)，水面上就形成向四周傳播的周期性同心圓波若將振動(dòng)著的單振子在水面上向右平移、便可看到從振源中心到右槽壁間的波紋變密、波長(zhǎng)縮短，右壁接收?qǐng)A波的頻率變大，而振源中心到左槽壁的波紋變疏，波長(zhǎng)增大，左槽壁接收?qǐng)A波的頻率

3、變小，該實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于取材，制作簡(jiǎn)便，便于操作，直觀性強(qiáng)，可信度高，具有較好的實(shí)驗(yàn)效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單振子（振源）本身的頻率并沒有改變，而是水槽壁（接收者）接收的水波的頻率發(fā)生了變化。2測(cè)速原理測(cè)速原理多普勒測(cè)速儀是利用波的多普勒效應(yīng)這一原理制成的其原理是用波照射運(yùn)動(dòng)著的物體運(yùn)動(dòng)物體反射或散射波由于存在多普勒效應(yīng)反射或散射波將產(chǎn)生多普勒頻移利用產(chǎn)生頻移的波與本振波進(jìn)行混頻再經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娮与娐诽幚砑纯傻玫竭\(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度.我們假

4、設(shè)多普勒測(cè)速儀靜止運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度為v運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向與多普勒測(cè)速儀的測(cè)速方向在同一直線上.如圖1圖一3聲波測(cè)速聲波測(cè)速為了得到多普勒測(cè)速儀所接收到的由于存在多普勒效應(yīng)而頻移的聲波頻率與運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系我們分兩步進(jìn)行討論.ν＝［1＋（ｖB／ｖ）］ν①該式表明：當(dāng)觀察者向聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率ν′為聲源頻率的［1＋（ｖB／ｖ）］倍；當(dāng)觀察者背離聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，ｖB＜0，則ν′＜ν，即觀察者接收到的頻率ν′小于聲源的振動(dòng)頻率ν讀

5、者可自行分析當(dāng)ｖB＝－ｖ時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況2觀察者不動(dòng)，聲源以速度ｖＳ相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即ｖＢ＝0，ｖＳ≠0時(shí)。如聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)，這時(shí)ｖＳ＞0假定ｖＳ＜ｖ，因?yàn)槁曀賰H決定于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲源的運(yùn)動(dòng)與否無關(guān)所以在一個(gè)周期T內(nèi)聲源在S點(diǎn)發(fā)出的振動(dòng)向前傳播的距離等于波長(zhǎng)λ如聲源不動(dòng)，則波形。但若聲源運(yùn)動(dòng)，則在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)聲源在波的傳播方向上通過一段路程ｖＳT而達(dá)到S′點(diǎn)，結(jié)果整個(gè)波形。中點(diǎn)S′、B′間的虛線所示由于聲源做勻速運(yùn)動(dòng)，所以

6、，波形無畸彎只是波長(zhǎng)變小，其值為λ′＝＝λ－ｖＳＴ＝ｖＴ－ｖＳＴ＝（ｖ－ｖＳ）（1／ν）所以觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的波數(shù)為ν′＝ｖ／λ′＝[ｖ／（ｖ－ｖＳ）]ν②該式表明：當(dāng)聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收的頻率是聲源頻率的ｖ／（ｖ－ｖＳ）倍如聲源背離觀察者運(yùn)動(dòng)，則ｖＳ＜0，所以有ν′＜ν，即觀察者接收到的頻率比聲源頻率降低了現(xiàn)在我們就不難明白前述火車相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)音調(diào)變化的本質(zhì)原因了從以上所討論的兩種情況中，我們不難看出，無論是接

7、收者相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)還是聲源相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，接收者接收到波的頻率的變化情況雖然一樣，但兩種變化的本質(zhì)機(jī)理卻不同前者是由相對(duì)波速的變化引起，而后者是由波長(zhǎng)的變化引起根據(jù)以上兩種情況的討論，我們可以很容易證明，當(dāng)觀察者和聲源同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，即ｖＢ≠0、ｖＳ≠0時(shí)，觀察者接收到聲波的頻率為ν′＝（ｖ＋ｖＢ）／[（ｖ－ｖＳ）／ν]＝［（ｖ＋ｖＢ）／（ｖ－ｖＳ）］ν③該式也可以說是以上兩種討論的綜合，如果在ｖＳ和ｖＢ兩個(gè)量中有一個(gè)為零時(shí)，就可得出上面

8、的①、②式分別所表示的兩種情況5多普勒效應(yīng)的應(yīng)用多普勒效應(yīng)的應(yīng)用交通警察向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時(shí)測(cè)量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測(cè)速儀的監(jiān)視器有時(shí)就裝在路的上方，在測(cè)速的同時(shí)把車輛牌號(hào)拍攝下來，并把測(cè)得的速度自動(dòng)打印在照片上。測(cè)速雷達(dá)系列產(chǎn)品在世界發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用狀況：世界發(fā)達(dá)國(guó)家的測(cè)速裝備比較完善。針對(duì)不同的地區(qū)、地勢(shì)及環(huán)境，他們都配有相應(yīng)的測(cè)速產(chǎn)品。無論固定測(cè)量還是移動(dòng)測(cè)量、手動(dòng)

9、測(cè)量還是自動(dòng)測(cè)量，都有一定的普及度。例如在高速公路上，既有固定地點(diǎn)進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)，也有許多巡邏車穿梭于公路間進(jìn)行移動(dòng)測(cè)量。再如在學(xué)校附近的路段，大多數(shù)都安裝了速度顯示牌，時(shí)時(shí)對(duì)過往車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)并對(duì)其提醒，從而保證學(xué)生的安全。雷達(dá)為利用無線電回波以探測(cè)目標(biāo)方向和距離的一種裝置。雷達(dá)為英文Radar一字之譯音，該字系由RadioDetectionRanging一語中諸字前綴縮寫而成，為無線電探向與測(cè)距之意。全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不

10、列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來襲的德國(guó)轟炸機(jī)，因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測(cè)方面，它能用來偵測(cè)暴風(fēng)雨；在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可幫助領(lǐng)港人員及機(jī)場(chǎng)航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。雷達(dá)工作原理與聲波之反射情形極類似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無線電波，而非聲波。雷達(dá)之發(fā)射機(jī)相當(dāng)于喊叫聲之聲帶，發(fā)出類似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達(dá)之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能