多普勒效应.ppt

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1、多普勒效应,【问题】音调的高低与什么有关？,乐律C 调音阶中各音的频率,音调由频率决定，频率越高音调越高,一、现象观察,1.生活实例,【问题】是什么使我们听到的声音的频率发生了变化？,一、现象观察,1.生活实例,这一现象是奥地利科学家多普勒在1842年提出并作出解释的。,这种由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感觉到频率变化的现象，叫多普勒效应。,（18031853）,【实验结论】声源靠近观察者时音调变高，声源远离观察者时音调变低。,2.实验观察 1.蜂鸣器静止时的音调有无变化？2.蜂鸣器快速运动的过程中音调有何变化？,二、探究多普勒效应的成因,1.什么叫波源的频率？由什么决定？2.波源完

2、成一次全振动，波传播多远？3.波长、波速和频率的关系？波速由什么决定？4.什么叫观察者的接收频率？,观察者的接收频率：观察者在单位时间内接收到完全波的个数。,波源的频率：单位时间内波源发出完全波的个数。,静止,静止,静止,静止,静止,静止,靠近波源,靠近观察者,远离波源,远离观察者,1.当波源和观察者都相对介质静止时,二、探究多普勒效应的成因,二、探究多普勒效应的成因,2.波源相对介质不动，观察相对介质者运动,(1)观察者朝波源运动时,二、探究多普勒效应的成因,2.波源相对介质不动，观察相对介质者运动,(2)观察者远离波源运动时,3.观察者相对介质静止，波源相对介质运动,二、探究多普勒效应的成

3、因,【问题】想一想波源运动起来以后形成的波面是什么形状？,【实验验证】水波的多普勒效应,二、探究多普勒效应的成因,结论：（1）波源靠近观察者（2）波源远离观察者,3.观察者相对介质静止，波源相对介质运动,相对运动和频率变化之间的关系如何？,等于,大于,大于,小于,小于,【思考题】波源向观察者运动和观察者向波源运动，都会发生频率变大的多普勒效应，这两种情况的实质一样么？,【问题】光波和电磁波是否也会发生多普勒效应？,多普勒效应是一切波共有的特性。,1.车辆测速：,三、多普勒效应的应用,三、多普勒效应的应用,1.车辆测速：,三、多普勒效应的应用,2.彩超,多普勒颈脑血液测速仪,三、多普勒效应的应用

4、,2.彩超,超声多普勒效应测血流速的原理,3.光波的多普勒效应,三、多普勒效应的应用,“红移现象”是证明宇宙在膨胀的一个有力证据,通过这节课的学习，你有哪些感触和收获？,作业,课下请同学们通过多种途径调查多普勒效应的应用都渗透到哪些领域，并从中选出一个你最感兴趣的应用做进一步的研究，写一篇小论文或做成PPT课件。,谢谢！,多普勒天气雷达,应用:,多普勒水流测速仪,超声波,胎儿的超声波影象（假彩色）,20000Hz的声波,应用:,美国AH-64“阿帕奇”直升机,多普勒导航系统,法国幻影2000战斗机,应用:,多普勒胎心仪器,四、冲击波,当 时，波源就会冲出自身发出的波阵面,它所发出的波的一系列波

5、面的包络是一个圆锥体,称为马赫锥,在这个圆锥上，波的能量高度集中,形成冲击波或激波，如核爆炸、超音速飞行等.,马赫数,高能带电粒子在介质中的速度超过光在介质中的速度时，将发生锥形的电磁波切连柯夫辐射。,三、光的多普勒效应的应用,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年哈勃根据光普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

6、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.,5）冲击波（激波),如果波源的速度等于波的速度，波源总在波阵面上,如果波源的速度等大于波的速度，波源总在波阵面前面,飞机冲破声障时将发出巨大声响，造成燥声污染,警察用多普勒测速仪测速,超声多普勒效应测血流速,五、多普勒效应的应用：,例2 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为 的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为.已知空气中的声速为，求车速.,解 1）车为接

7、收器,2）车为波源,车速,多普勒效应在当代生活中有十分广泛的应用，课上我们只是介绍了一部分。课下请同学们通过多种途径调查多普勒效应的应用都渗透到哪些领域，并从中选出一个你最感兴趣的应用做进步的研究，写一篇小论文。,若是波速恰好等於波源移动的速率时，则会产生如下的图形 下图则 综合各种不同 速度时的情形，v 为 虫子游动的速度，vw为水波的波速,事实上，以上的情形适用於所有的波动，水波声波等。当 波源移动的速度大於波本身的速度时，会形成一三角形（三度空间时：圆锥形）的波前,所有的波同时抵达最前方的波前上，於是波相叠加，而形 成震波(Shock wave)。左下图是超音速飞机飞行时所形成震波的圆锥

8、形区域。,超音速飞机会产生两道震波，如右上图所示,应用:,最先进的警用测速仪器,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.交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，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.由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远天体相对于地球的运动速度.,5.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,6.军事应用(E-3“望楼”预警机)脉冲多普勒雷达，多谱勒导航仪,设波源的波长为，波的传播速度为，则在时间 t 内，观察者接收到的完全波的个数为：,观察者与波源都静止,接收频率为：,由前面的实验知道此时波源的波长仍为，波的传播速度为，则在时间 t 内，观察者接收到的完全波的个数为：,波源静止，观察者朝波源以速度v1接近,接收频率为：,观察者静止，波源朝观察者以速度v2接近,接收频率为：,由前面的实验知道此时波源的波长为，波的传播速度为，则在时间 t 内，观察者接收到的完全波的个数为：,