多普勒效应
1．当观测者和波源之间有________________时，观测者测得的频率与波源频率________的现象叫多普勒效应．
2．当波源与观测者相对静止时，观测到的频率________波源振动的频率；当波源与观测者相向运动时，观测到的频率________波源的频率；当波源与观测者相互远离时，观测到的频率________波源的频率．
3．多普勒效应在科学技术中有广泛的应用，可以利用多普勒效应测________速度，测星球靠近或远离我们的速度，测________速度．
4．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( )
A．当波源与观测者有相对运动时，才会发生多普勒效应
B．当波源与观测者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应
C．只有机械波才能发生多普勒效应
D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应
5．下列说法中不正确的是( )
A．发生多普勒效应时波源的频率保持不变
B．要发生多普勒效应，波源和观测者间必须有相对运动
C．只有声波会发生多普勒效应
D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应
6．当火车进站鸣笛时，我们在车站听到的音调( )
A．变低
B．不变
C．变高
D．不知声速和火车车速，不能判断
概念规律练
知识点一对多普勒效应的理解
1．下列说法中正确的是( )
A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了
B．发生多普勒效应时，观测者接收到的频率发生了变化
C．多普勒效应是在波源与观测者之间有相对运动时产生的
D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的
2．如图1，由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观测者在1 s内由A运动到B，观测者接收到多少个完全波设波速为340 m/s，则要让观测者完全接收不到波，他每秒要运动多少米
图1
知识点二发生多普勒效应的几种情况
图2
3．如图2所示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．
(1)该图表示的是( )
A．干涉现象B．衍射现象
C．反射现象D．多普勒效应
(2)波源正在向哪处移动( )
A．A B．B
C．C D．D
(3)观察到波的频率最低的位置是( )
A．A B．B
C．C D．D
4．新型列车动车组速度可达300 km/h，与该车汽笛声的音调相比，(1)站在车前方路旁的人听起来音调________(选填“偏高”或“偏低”)，站在车后方路旁的人听起来音调________(选填“偏高”或“偏低”)．
(2)迎面来的另一列车上的乘客听起来音调怎样此时列车汽笛发出的声波频率变化了吗
(3)坐在新型列车动车组上的乘客听起来音调怎样
方法技巧练
多普勒效应的应用
5．公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速( )
A．高于100 km/h B．低于100 km/h
C．等于100 km/h D．无法确定
6．有经验的铁路工人为什么可以从火车的汽笛声判断火车的运行方向和快慢
1．关于多普勒效应，下列说法正确的是( )
A．多普勒效应是由波的干涉引起的
B．多普勒效应说明波源的频率发生了改变
C．多普勒效应是由于波源与观测者之间有相对运动而产生的
D．只有声波才可以产生多普勒效应
2．有经验的铁路养护人员可以从火车鸣笛的声音判断火车的行驶方向．他所利用的应是( )
A．声波的干涉现象B．声波的衍射现象
C．声波的多普勒效应D．声波的反射现象
3．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u＜v)，ν表示接收器接收到的频率．若u增大，则( ) A．ν增大，v增大B．ν增大，v不变
C．ν不变，v增大D．ν减小，v不变
4．火车上有一个声源发出频率一定的乐音．当火车静止、观测者也静止时，观测者听到并记住了这个乐音的音调．以下情况中，观测者听到这个乐音的音调比原来降低的是( )
A．观测者静止，火车向他驶来
B．观测者静止，火车离他驶去
C．火车静止，观测者乘汽车向着火车运动
D．火车静止，观测者乘汽车远离火车运动
5．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲是持续1 ms 或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( )
A．墙壁接收到的超声脉冲频率等于39 000 Hz
B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率
C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率
D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz
6．波源振动的频率为f0，波源在介质中运动时，波源的前方介质振动的频率为f1，波源后方介质振动的频率为f2，则三者的关系为( )
A．f1＝f2＝f0B．f1＝f2>f0
C．f1＝f2 7．当人听到声音的频率越来越低时，可能的原因是( ) A．声源和人都是静止的，声源振动的频率越来越低 B．人静止，声源远离人做匀速直线运动，声源振动的频率不变 C．人静止，声源远离人做匀加速直线运动，声源振动的频率不变 D．人静止，声源远离人做匀减速直线运动，声源振动的频率不变 8．下面哪些应用是利用了多普勒效应( ) A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度 B．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，根据接收到的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理 C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去 9．如图3所示，让小球P一边贴水面每秒振动5次，一边沿x轴正方向匀速移动，O 点是它的初始位置．图示为观察到的某一时刻的水面波，图中的实线表示水面波的波峰位置，此时小球P处于波峰位置，激起的第一个波峰刚好传到40 cm处，那么水面波的传播速度及小球P匀速移动的速度分别是( ) 图3 A．0.05 m/s；0.025 m/s B．0.1 m/s；0.1 m/s C．0.15 m/s；0.125 m/s D．0.2 m/s；0.1 m/s 10．图4中，在原点处做简谐运动的波源产生的机械波沿x轴正方向传播，波速v＝400 m/s.为了接收信号，在x＝400 m处设有一接收器A(图中未标出)．已知t＝0时，波已经传播到x＝40 m，则下列说法中不正确的是( ) 图4 A．波源振动的周期为 s B．x＝40 m处的质点在t＝ s时位移最大 C．接收器在t＝ s时才能接收到此波 D．若波源向x轴负方向移动，则接收器接收到的波的频率将小于20 Hz 11．轮船在进港途中的x－t图象如图5所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个( ) 图5 12.当波源相对于介质不动，观测者向波源运动时，观测者接收到的频率________(填“大于”“小于”或“等于”)波源频率；当观测者远离波源时，观测者接收到的频率______(填“大于”“小于”或“等于”)波源频率；当观测者相对于介质不动，而波源做远离观测者的运动时，观测者接收到的频率________． 13．随着科技的发展和作战的需要，现在的战斗机飞得越来越快，甚至有些飞机的速度已经超过了声音在空气中的传播速度．假设某爆炸声在空气中的传播速度为340 m/s，一架战斗机正在爆炸点附近远离它飞行，要使飞行员听不到爆炸声，飞机飞行的速度至少多大 多普勒效应习题答案 课前预习练 1．相对运动不同 2．等于大于小于 3．车辆血流 4．AB [当波源与观测者有相对运动时，他们之间的距离必然发生变化，其距离增大或减小，则观测者接收到的频率就相应的减小或增大，可知必发生多普勒效应，即A选项正确；而当波源与观测者运动的速度完全相同时，无相对运动，相当于二者都静止的情况，不会发生多普勒效应，故B选项正确，D选项不正确；多普勒效应是波动过程共有的特征，这里的波动包括一切波的传播过程，故C选项不正确．] 5．C [发生多普勒效应时波源的频率不变，波源和观测者间有相对运动，A、B正确；多普勒效应是波共有的特征，C错误，D正确．] 6．C [火车进站鸣笛相当于波源与我们相互靠近，我们听到的声音的频率大于波源的频率，音调变高，C正确．] 课堂探究练 1．BCD [该题考查对多普勒效应的理解，当波源和观测者之间有相对运动时，会发生多普勒效应，C正确．但波源的频率并没有发生变化，A错．多普勒效应产生的本质是观测者接收到的频率不等于波源频率，它首先由奥地利科学家多普勒发现，B、D正确．]点评(1)发生多普勒效应的条件是波源和观测者之间有相对运动． (2)发生多普勒效应时，只是观测者接收的频率发生变化，而波源的频率并没有变化． 个340 m 解析观测者在单位时间内接收到的完全波的个数就等于观测者接收到的频率．如果观测者不动，则1 s内，观测者接收的完全波的个数应为20个，然而当观测者从A运动到B 的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个，即他只接收到19个完全波．要想让观测者完全接收不到波，他必须随同所在的波峰一起运动并远离波源．由x＝vt得x＝340×1 m＝340 m，即观测者每秒要远离波源340 m. 点评在理解多普勒效应时，要明确波速不因波源和观测者的运动而发生变化． 3．(1)D (2)A (3)B 解析该图表示的是多普勒效应，波源的左边波长较小，说明波源正向左运动，因此A 处的观测者观察到的频率偏高，B处的观测者观察到的频率最低． 点评当波源与观测者相对静止时，f观察＝f波源；当波源与观测者相互靠近时，f观察>f 波源；当波原与观测者相互远离时，f观察 4．(1)偏高偏低(2)偏高汽笛发出声波的频率不变(3)乘客听到的音调不变解析(1)站在列车前方的人与列车的距离在靠近，因此听起来音调偏高，站在列车后方的人与列车的距离在远离，因此听起来音调偏低． (2)迎面来的列车上的乘客听起来音调偏高，此时列车汽笛发出的声波频率不变． (3)坐在该列车上的乘客与该列车相对静止，故听起来音调不变． 点评声音的频率变化时音调发生变化．当频率变高时，音调变高；当频率变低时，音调变低． 5．A [因巡警车(观测者)接收到的电磁波频率比发出时低，由多普勒效应知巡警车与轿车在相互远离，而巡警车车速恒定又在轿车后面，可判定轿车车速比巡警车车速大，故选项A正确，B、C、D三项错误．] 6．见解析 解析 若火车靠近工人，工人感觉汽笛声的音调升高，速度越快，音调越高，反之相反．铁路工人通过判断火车汽笛音调的高低从而判定火车的运行方向和快慢． 方法总结 多普勒效应是波共有的特征，不仅机械波，光波和电磁波也都会发生多普勒效应，发生多普勒效应时，波源发出的频率f 波源不变，变化的是观测者接收到的频率f 观察．利用f 波源与f 观察的关系可以测量一些物体的速度． 课后巩固练 1．C [多普勒效应是由于波源和观测者之间发生相对运动而产生的，发生多普勒效应时，波源的频率不改变．因此，A 、B 错，C 正确．一切波都能发生多普勒效应，D 错．] 2．C [根据多普勒效应现象，当火车运动方向靠近养护人员时，他听到的声音音调较高，火车远离养护人员时，他听到的声音音调较低．] 3．B [由于声波的速度由介质决定，故v 不变，据多普勒效应可知，当声源接近接收器时接收到的频率变高，ν增加，故B 项正确．] 4．BD [当观测者与声源相向运动时，观测者接收到的声波的个数增多，所以观测者接收的频率升高，听到乐音的音调比原来要高．当观测者与声源背向运动时，观测者接收到的声波的个数减少，所以观测者接收到的频率降低，听到乐音的音调比原来降低了．综上所述，正确选项为B 、D.] 5．C 7．AC [人听到的声音的频率越来越低，声源远离观测者，且远离的速度越来越大，也就是加速远离，所以A 、C 正确．] 8．ABD [凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可测定遥远星体相对地球远离的速度，故A 选项正确．被反射的电磁波，相当于一个运动的物体发出的电磁波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速度，故B 选项正确．对于C 选项，铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动情况做出判断的，故不正确．炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故D 选项正确．] 9．D [由图可知P 振动的时间为2 s ，波速为错误!＝0.2 m/s ，P 点移动速度为错误!＝0.1 m/s.] 10．BC [波源振动的周期T ＝λv ＝20400 s ＝ s ，A 正确；x ＝40 m 处的质点在t ＝ s 时仍在平衡位置，B 错误；接收器接收到此波的时间t ＝400－40400 s ＝ s ，C 错误；由多普勒效应的知识，可知D 正确．] 11．A [由x －t 图象可知，轮船靠近港口时的速度v 1>v 3>v 2，可知f 1>f 3>f 2，故A 正确．] 12．大于 小于 变小 13．340 m/s 解析 要使飞行员恰好听不到爆炸声，即飞行员正好一个声波也接收不到，故他随飞机运动的速度应与波峰前进的速度一样，即飞机应以340 m/s 的速度飞行，远离爆炸点. 多普勒效应与血流速度的测定 专业：医学检验学号：6302411084 学生姓名：钟鹏强指导教师：章冬英 摘要 多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变 多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v： 当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/λ。 产生原因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表 示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小． 血流速度 又称血流量,即单位时间内流经血管横断面的血量。心输出量就是每单位时间的血流量。...血流速度（血流量）与血流线速度不同，后者表示血管内某一分子（如一个血细胞），在单位时间内移动的距离。 关键词：多普勒效应，血流速度 医学应用 声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，即D超，此法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，D超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图 高中物理-多普勒效应导学案 【学习目标】 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别 2.知道什么是多普勒效应? 3.能运用多普勒效应解释一些物理现象 【重点难点】 多普勒效应现象； 接收频率变化而波源频率不变的原理 【课前预习】 1.奥地利物理学家多普勒发现：波源和观察者互相靠近或互相远离时,接收到的波的频率都发生变化的现象叫做多普勒效应。 2.当波源与观察者相对静止时,接收的频率等于波源振动的频率；当波源与观察者互相靠近时,接收的频率大于波源振动的频率；当波源与观察者互相远离时,接收的频率小于波源振动的频率。 3.交通警车通过分析行进中车辆反射波频率的变化确定车辆的速度；通过对比运动天体与地球某元素发射的光波的频率的不同来确定天体速度。 【预习检测】 1．关于多普勒效应,下列说法正确的是（） A．多普勒效应是由波的干涉引起的 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和观察者之间有相对运动而产生的 D．只有声波才可产生多普勒效应 2．关于多普勒效应下列说法中正确的是（） A．只有声波才有多普勒效应B．光波也有多普勒效应 C．只有机械波才有多普勒效应D．电磁波不能发生多普勒效应 3．下列哪些现象是多普勒效应引起的（） A．远去的汽车声音越来越小 B．炮弹迎面飞来,声音刺耳 C．火车离你而去,音调变低 D．大风中,远处人的说话声时强时弱 【参考答案】 【预习检测】 1.C 2.B 3.B、C ▲堂中互动▲ 【典题探究】 例1以下关于多普勒效应的说法中正确的是( ) A.有多普勒效应时,波源的振动频率发生变化 B.有多普勒效应时,波源的振动频率并没有发生变化 C.多普勒效应实际上是指波速相对介质发生变化 D.人与波源有相对运动时,观察到的频率一定发生变化 解析：当观察者与声源有相对运动(接近或远离),观察者测得声波频率有变化,但波源的频率不变.当观察者尽管有相对运动,但距离不变时,此时不会出现多普勒效应,B选项正确. 拓展: 若观察者与声源在一直线上发生相对运动,则必发生多普勒效应.若观察者与声源的相对运动不共线(如圆周运动)则就不一定发生多普勒效应. 例2公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波,如果该电磁波被那辆轿车反射回来时,巡警车接收到的电磁波频率比发出时低,说明那辆轿车的车速( ) A.高于100 km/h B.低于100 km/h C.等于100 km/h D.无法确定 解析：由多普勒效应知,巡警车接收到的频率低了,即观察者接收到的频率低了,说明轿车和巡警车在相互远离,而巡警车速度恒定,因此可以判定轿车的速度比巡警车速度大,故A选项正确. 拓展: 当波源与观察者远离时,频率变低；当波源与观察者靠近时,频率变高. 例3.一警车上的警报器发射频率f=1 000 Hz的声波,警车远离静止的观察者向一悬崖行驶,车速v=10 m/s,已知声音在空气中的传播速度为v声=330 m/s,试问： （1）观察者直接从警报器听到的声音频率是多大？ （2）观察者听到从悬崖反射的声音频率是多大？ 解析：首先应分清楚三个速度,即波的传播速度、波源的速度、观察者的速度,当波源背离观察者运动时,相当于波长变长；观察者听到从悬崖反射回的声音,相当于有一声源以速度v靠 多普勒效应及其应用 姓名：许涛班级：应物二班学号：20143444 天津理工大学理学院 摘要:在多普勒效应中有多普勒频移产生,并且与波源和观测者的相对运动情况有关,以此为基础讨论了多普勒效应在卫星定位、医学诊断、气象探测中的应用。 关键词:多普勒效应;定位;测速。 引言： 在日常生活中,人们都有这样的经验,火车汽笛的音调,在火车接近观察者时比其远离观察者时高.此现象就是多普勒效应.它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的.多普勒效应是波动过程的共同特征.光波(电磁波)也有多普勒效应,并于1938年得到证实.此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 多普勒效应及其表达式 由于波源和接收器(或观察者)的相对运动,使观测到的频率与波源的实际频率出现差别.这种现象称为多普勒效应。 机械波多普勒效应的普遍公式 设波源S发出的波在媒质中的传播速度为v、频率为fS,接受器R接收到的频率为fR,以媒质为参考系,波源与接收器相对于媒质的运动速度分别为uS和uR,uS和uR与波源和接收器连线的夹角分别为θS和θR,如图1所示.此时可以推导得到 fR= v+uRcosθR /v-uScosθS fS. (1) 此式为波源和接收器沿任意方向彼此接近时的多普勒效应公式.如果波源和接收器沿任意方向彼此远离时如图2所示,同理可推导出 fR=v-uRcosθR /v+uScosθS fS. (2) (1)、(2)两式就是机械波多普勒效应的普遍公式,由两式我们可以得到诸如S 和R在同一直线上运动时多普勒效应各公式的表示形式.由此可以看出多普勒效应不但与波源S和接收器R的运动速度有关,而且还与S和R的相对位置有关。 1.2 光波(电磁波)多普勒效应的普遍公式 因为光波(电磁波)的传播不依赖弹性介质,它与机械波需要靠媒质而传播有所不同,所以公式 (1)和(2)对光波(电磁波)不再适用.但是从理论上我们可以推证出光波的多普勒效应公式.若光源发出光波的频率记作f0,观测者测得该光的频率为f,通过计算可得: f=f0√（1-β) /1-βcosθ. (3) 其中,β= v c ,c为真空中的光度,v为光源相对于观测者的运动速度,θ为光源 目录 绪论…………………………………………………………………………………………1多普勒及多普勒效应简介…………………………………………………… 1.1多普勒…………………………………………………………………………… 1.2多普勒效应………………………………………………………………………2多普勒效应的原理…………………………………………………………… 2.1多普勒效应的解析……………………………………………………… 2.2多普勒效应及其表达式…………………………………………………… 2.2.1机械波多普勒效应的普遍公式……………………………………………… 2.2.2光波（电磁波）多普勒效应的普遍公式…………………………………… 2.3机械波的多普勒效应……………………………………………………… 2.3.1普遍公式……………………………………………………………………… 2.3.2几种特例……………………………………………………………………… 2.4声波的多普勒效应………………………………………………………… 2.5电磁波的多普勒效应……………………………………………………… 3 多普勒效应的应用……………………………………………………………… 3.1医学上的应用………………………………………………………………… 3.2交通的应用…………………………………………………………………… 结论…………………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………………… 多普勒效应 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，研究：①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 实验原理 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f 为： （1） 式中为声源发射频率，为声速，V 1为接收器运动速率，α 1 为声源与接 收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V 2为声源运动速率，α 2 为声源与接收 器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V 运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： （2） 图2 测量阻尼振动 当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由 实验点作直线，其斜率应为，由此可计算出声速。 由（2）式可解出：（3） 若已知声速及声源频率，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示关系图（如图2），或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后，再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速，远远大于声速，它引起的多谱勒效应可忽略不计。采用此技术将实验中运动部分的导线去掉，使得测量更准确，操作更方便。信号的调制-发射-接收-解调，在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。 实验仪器 【实验仪器及简介】 多普勒效应综合实验仪由实验仪，超声发射/接收器，红外发射/接收器，导轨，运动小车，支架，光电门，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码等组成。实验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，图1为实验仪的面板图。 实验仪采用菜单式操作，显示屏显示菜单及操作提示，由 p q t u 键选择菜单或修改参数， 5多普勒效应 [自主预习] 一、多普勒效应 1．多普勒效应 波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象． 2．多普勒效应产生的原因 (1)当波源与观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察到的频率等于波源振动的频率． (2)当波源与观察者相向运动时，1s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加(填“增加”或“减小”)，观察到的频率增加(填“增加”或“减小”)；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率减小．(填“增加”或“减小”) 3．应用 (1)测车辆速度．(2)测星球速度．(3)测血流速度． 二、波的反射和折射 1.反射现象：波遇到介质界面会原介质继续传播的现象． 2.折射现象：波从一种介质另一种介质时，波的发生改变的现象． [即学即用] 1．判断下列说法的正误． (1)发生多普勒效应时，波源的频率发生了变化．() (2)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应．() (3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化．() 2．如图1表示产生机械波的波源S做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰．该图表示____________现象，观察到波的频率最高和最低的位置分别是________、________. [重点探究] 一、多普勒效应 警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化．思考下列问题：(1)你听到警笛的音调有何不同？(2)实际上警笛的音调会变化吗？(3)听到音调发生变化的原因是什么？ [知识深化] 多普勒效应产生的原因分析 1．相对位置变化与频率的关系(规律) 2． 多普勒效应及其应用 中文摘要：本文介绍了多普勒效应的发展过程和理论解释，通过具体例子重点讲述了声波和光波的多普勒效应, 并且介绍了多普勒效应在各领域中的应用及多普勒效应的应用原理。说明了多普勒效应在生活中的普遍性以及研究多普勒效应的重要性 主题词:多普勒效应; 原理，应用 正文: 引言：在日常生活中，我们有过这样的经验，在铁路旁听行驶中火车的汽笛声，当火车鸣笛而来时，人们会听到汽笛声的音调变高．相反，当火车鸣笛而去时，人们则听到汽笛声的音调变低．像这样由于波源或观察者相对于介质有相对运动时，观察者所接收到的波频率有所变化的现象就叫做多普勒效应．这种现象是奥地利物理学家多普勒（1803～1853）于1842年首先发现的，因此以他的名字命名．多普勒效应的正式提出是1842年在布拉格举行的皇家波西米亚学会科学分会会议上的论文《论天体中双星和其他一些星体的彩色光》。该论文的主要结论是： （1）如果一个物体发光，在沿观察者的视线方向以可与光速相比拟的速度趋近我们，或后退，那么这一运动必然导致光的颜色和强度的变化。 （2）如果在另一方面一个发光物体静止不动。而代之以观察者直接朝向或者背离物体非常快速的运动，那么所有的这些频率变化都会随之发生。 （3）如果这一“趋向”和“背离”不是按照上述假定的那样，沿着原来视线的方向，而是与视线成一夹角的方向，那么除了颜色和光强的变化，星体的方向也要变化，这样一星体同时会在位置上发生明显变化。[1] 论文首次发表出来因为没有足够的实验数据和理论依据，因此被很多人质疑和批评。1845年在荷兰进行的火车笛声实验验证了多普勒效应的正确性，多普勒效应才开始得到广泛重视并应用于实际。多普勒效益的第一次应用始于战争服务，第一次世界大战末期，军用飞机开始出现，英国由于国土面积小在遭遇空袭预警能力很弱，饱受了来自空中的洗劫。第二次世界大战前期，英国物理学家罗伯特·沃森-瓦特根据多普勒效应的原理研制出了最早期的雷达，在英国的东海岸建立了对空雷达警戒网，该雷达墙天线有100米高，能测到160千米以外的敌机，依靠这个雷达墙，英国总能及时准确的测出德国飞机的架数、航向、速度和抵达英国本土的时间，牢牢把握住了战争主动权，有效的降低了德国空军的杀伤力，在这场英国保卫战中扮演着不可替代的决定性的作用。 多普勒效应的原理 波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。 假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/λ 声波中的原理 设声源的频率为v，声波在媒质中的速度为V，波长λ=V/v。声波在媒质中传播的速度与波源是否运动无关，故总是以决定于媒质特性的速度V来传 浏览次数：110次悬赏分：0|解决时间：2011-8-24 19:30|提问者：匿名 最佳答案 从开过来的机车所听到的声波间的距离被压缩了，就好像一个人正在关手风琴。这个动作的结果产生一个明显的较高的音调。当火车离去时，声波传播开来，就出现了较低的声音--这种现象被称为“多普勒”效应。 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。从测速仪里射出一束射线，射到汽车上再返回测速仪。测速仪里面的微型信息处理机把返回的波长与原波长进行比较。返回波长越紧密，前进的汽车速度也越快--那就证明驾驶员超速驾驶的可能性也越大。 多普勒测速仪仪器介绍 TSI的LDV/PDPA系统 LDV/PDPA的主要装置和原理 激光多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。 LDV/PDPA测速工作原理可以用干涉条纹来说明。当聚焦透镜把两束入射光以?角会聚后，由干激光束良好的相干性，在会聚点上形成明暗相间的干涉条纹，条纹间隔正比干光波波长，而反比干半交角的正弦值。当流体中的粒子从条纹区的方向经过时，会依次散射出光强随时间变化的一列散射光波，称为多普勒信号。这列光波强度变化的频率称为多普勒频移。经过条纹区粒子的速度愈高，多普勒频移就愈高。将垂直于条纹方向上的粒子速度，除以条纹间隔，考虑到流体的折射率就能得到多普勒频移与流体速度之间线性关系。LDV/PDPA系统就是利用速度与多谱勒频移的线性关系来确定速度的。各个方向上的多普勒频率的相位差和粒子的直径成正比，利用监测到的相位差可以来确定粒径。 LDV/PDPA系统从功能上分为：光路部分、信号处理部分。光路部分：采用He-Ni激光器或Ar离子激光器，是因为它们能够提供高功率的514.5nm,488nm,476.5nm三种波长的激光。带有频移装置的分光器将激光分成等强度的两束，经过单模保偏光纤和光纤耦合器，将激光送到激光发射探头，调整激光在光腰部分聚焦在同一点，以保证最小的测量体积,这一点就是测量体即光学探头。接受探头将接受到的多普勒信号送到光电倍增管转化为电信号以及处理并发大，再至多普勒信号分析仪分析处理后至计算机记录，配套系统软件可以进行数据处理工作。在流场中存在适当示踪粒子的倩况下，可同时测出流动的三个方向速度及粒子直径。 TSI公司在国际上第一个生产商业化的LDV/PDPA系统，现在的TSI公司的LDV/PDPA系统已经拥有4项专利设计，并且在流场、湍流、传质、传热、流型、燃烧研究上有广泛的使 多普勒效应综合实验 【摘要】：多普勒效应是一基本的物理现象，当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【关键词】：超声波多普勒效应匀加速简谐振动 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f 0（u+V 1 cosα 1 ）/（u–V 2 cosα 2 ）（1） 式中f 0为声源发射频率，u为声速，V 1 为接收器运动速率，α 1 为声源与接收器连线与接 收器运动方向之间的夹角，V 2为声源运动速率，α 2 为声源与接收器连线与声源运动方向之 间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f （1+V/u）（2）当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若f 保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应 为 k=f 0/u ，由此可计算出声速 u=f /k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f – 1）（3） 若已知声速u及声源频率f ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f 采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装 2.5波的干涉与衍射-2.6多普勒效应学案 （2020年沪科版高中物理选修3-4） 2.5波的干涉与衍射波的干涉与衍射 2.6多普勒效应多普勒效应学习目标 1.知道波的叠加原理，知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象. 2.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点.减弱点的振动情况. 3.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件. 4.了解多普勒效应，能运用多普勒效应解释一些物理现象1波的叠加原理在几列波传播的重叠区域里，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和2波的干涉现象1定义振动频率相同.步调一致的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开，始终稳定，这种现象叫做波的干涉2条件两列波的频率相同.步调一致3波的衍射现象1定义波可以绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射2波发生明显衍射现象的条件当缝的宽度或障碍物的大小与波长相差不多或比波长小时，就能发生明显的衍射现象4由于波源跟观察者之间有相对运动，使观察者感受到波的频率发生了变化的现象，叫做多普勒效应 一.波的叠加导学探究你知道“风声.雨声.读书声.声声入耳”体现了波的什么性质答案声波在相互交错.叠加之后互不影响，仍能保持原来的性质向前传播，这种现象体现了波的传播具有独立性知识深化1波的独立性大量事实证明，几列波相遇时能保持各自的特性频率.波长.振动方向等继续传播，互不影响这就是波的独立性2波的叠加原理几列波相遇时在相遇区域内，任一质点的位移是各列波单独存在时在该点引起的位移的矢量和这就是波的叠加原理例1多选如图1所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的图1答案BC解析该题考查波的叠加原理当两列波的前半个波形或后半个波形相遇时，B正确当两列波完全相遇时即重叠在一起，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有质点的振动的位移加倍，C正确 二.波的干涉导学探究1如图2所示，操场上两根电线杆上各有一只扬声器，接在同一扩音机上，一位同学沿着MN方向走来，他听到的声音会有什么变化为什么图2答案声音忽强忽弱，因为声波发生了干涉现象2如图3所示，水波干涉实验装置上，作为波源的两个小球为什么固定在同一振动发生器上图3答案为了获得两个振动频率和振动步调相同的波源3如图4所示为水波干涉图样，你发现有什么显著特点图4答案存在着一条条从两波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，而且两区域间 多普勒效应综合实验 当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1） 式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： 多普勒效应 问题导学 一、多普勒效应 活动与探究1 1．声音的音调由什么来决定？ 2．多普勒效应中声源的频率发生变化了吗？ 3．产生多普勒效应的原因是什么？ 迁移与应用1 下列说法中正确的是（） A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化 C．多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的 D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 二、多普勒效应的应用 活动与探究2 1．公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，结果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低。若该路段限速为100 km/h，则该车是否超速？ 2．列举多普勒效应在现实生活中的应用。 迁移与应用2 下列哪些应用是利用了多普勒效应（） A．利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速度 B．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，根据接收到的频率发生的变化，就可知汽车的速度，以便于交通管理 C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断飞行炮弹是接近还是远去 当堂检测 1．关于多普勒效应，下列说法正确的是（） A．多普勒效应是由波的干涉引起的 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有相对运动而产生的 D．只有声波才可以产生多普勒效应 2．站在火车站台上的旅客听到路过的火车鸣笛声的音调变化情况，以下说法正确的是（） A．当火车进站时，鸣笛声的音调变低 B．当火车进站时，鸣笛声的音调变高 C．当火车离站时，鸣笛声的音调变低 D．当火车离站时，鸣笛声的音调变高 3．a为声源，发出声波；b为接收者，接收a发出的声波。a、b若运动，只限于在沿两者连线方向上，下列说法正确的是（） A．a静止，b向a运动，则b收到的声频比a发出的高 B．a、b向同一方向运动，则b收到的声频一定比a发出的高 C．a、b向同一方向运动，则b收到的声频一定比a发出的低 D．a、b都向相互背离的方向运动，则b收到的声频比a发出的高 4．上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端后迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是（） A．旋转时蜂鸣器发出的频率变化了 B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率 C．蜂鸣器音调变高时，一定是向靠近观察者的方向运动 D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的 5．如图所示，在公路的十字路口东侧路边，甲以速度v1向东行走，在路口北侧，乙站在路边，一辆汽车以速度v2通过路口向东行驶并鸣笛，已知汽车笛声的频率为f0，车速v2＞v1。甲听到的笛声的频率为f1，乙听到的笛声的频率为f2，司机自己听到的笛声的频率为f3，则此三人听到笛声的频率由高至低顺序为___________________。 答案： 课堂·合作探究 问题导学名师点津1 1．波源与观察者相对静止时，单位时间内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观察者感觉到的频率等于波源振动的频率。 4.86什么叫超声多普勒测速法 多普勒（效应）法USF是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。 （1）流速方程式 如图5所示，超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波，经照射域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB 的超声波，其值为 (9) 式中v－散射体运动速度。 多普勒频移fd正比于散射体流动速度 (10) 测量对象确定后，式（10）右边除v外均为常量，移行后得 (11) （2）流量方程式 多普勒法USF的流量方程式形式上与式（6）相同，只是所测得的流速是各散射体的速度v（代替式中的vm），与载体液体管道平均流速数值并不一致；方程式中流速分布修正系数Kd以代替K0 Kd是散射体的“照射域”在管中心附近的系数；其值不适用于在大管径或含较多散射体达不到管中心附近就获得散射波的系数。 （3）液体温度影响的修正 式（11）中又流体声速c，而c是温度的函数，液体温度变化会引起测量误差。由于固体的声速温度变化影响比液体小一个数量级，即在式（11）中的流体声速c用声楔的声速c0取代，以减小用液体声速时的影响。因为从图6可知cosθ=sinφ,再按斯纳尔定律sinφ/c＝sinφ0/c0，式（11）便可得式（12），其中c0/sinφ0可视为常量。 (12) （4）散射体的影响 实际上多普勒频移信号来自速度参差不一的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。其他参量如散射体粒度大小组合与流动时分布状况，散射体流速非轴向分量，声波被散射体衰减程度等均影响频移信号。 优缺点： USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流动状况评估测定 USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失。 流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。 USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。对于大型管道不仅带来方便，可认为在无法实现实流校验的情况下是优先考虑的选择方案。 多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。 USF可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。 因易于实行与测试方法（如流速计的速度-面积法，示踪法等）相结合，可解决一些特殊测量问题，如速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等。 某些传播时间法USF附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。例如，油船泵送油品上岸，可核查所测量的是油品还是仓底水。 12.5 多普勒效应 1．当观测者和波源之间有________________时，观测者测得的频率与波源频率________的现象叫多普勒效应． 2．当波源与观测者相对静止时，观测到的频率________波源振动的频率；当波源与观测者相向运动时，观测到的频率________波源的频率；当波源与观测者相互远离时，观测到的频率________波源的频率． 3．多普勒效应在科学技术中有广泛的应用，可以利用多普勒效应测________速度，测星球靠近或远离我们的速度，测________速度． 4．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( ) A．当波源与观测者有相对运动时，才会发生多普勒效应 B．当波源与观测者运动的速度相同时，不会发生多普勒效应 C．只有机械波才能发生多普勒效应 D．只要波源运动，就一定会发生多普勒效应 5．下列说法中不正确的是( ) A．发生多普勒效应时波源的频率保持不变 B．要发生多普勒效应，波源和观测者间必须有相对运动 C．只有声波会发生多普勒效应 D．机械波、电磁波和光波都会发生多普勒效应 6．当火车进站鸣笛时，我们在车站听到的音调( ) A．变低 B．不变 C．变高 D．不知声速和火车车速，不能判断 概念规律练 知识点一对多普勒效应的理解 1．下列说法中正确的是( ) A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．发生多普勒效应时，观测者接收到的频率发生了变化 C．多普勒效应是在波源与观测者之间有相对运动时产生的 D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 2．如图1，由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20 Hz，且不运动，而观测者在1 s内由A运动到B，观测者接收到多少个完全波？设波速为340 m/s，则要让观测者完全接收不到波，他每秒要运动多少米？ 图1 多普勒效应的验证与声速的测定 一，实验目的 掌握利用超声的多普勒效应测量声速的原理与方法。 二，实验原理 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f 为: 01122(cos )(cos ) f u v f u v +α= -α （1） 式子中， 0f 为声源发射频率，u 声速，1v 为接收器的运动速度，1α为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，2v 为生源的运动速度，2α为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿着声源与接收器连线方向以速度v 运动，则从 （1）式可得接收器收到的频率应该为： 0(1)v f f u =+ （2） 当接收器向着声源运动时，v 取正，反之取负。 若0f 保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器收到的频率自动计数，根据（2）式，作f-v 关系图可直观验证多普勒效应。由实验点做直线，其斜率应该为0/k f u =，由此可以计算出声速0/u f k =。 三，实验内容 验证多普勒效应并测量声速 在多普勒效应的实验仪上，根据仪器菜单提示，使运动的小车以不同的速度通过光电门，仪器自动记录小车的运动速度与接受频率。接收的数据如下 f/Hz v/m/s f 0=39650Hz 39697 0.4 39694 0.38 39729 0.67 39709 0.51 39700 0.42 39709 0.5 39723 0.63 39728 0.67 39701 0.43 39734 0.72 室温为26.5C ? 用origin8.0处理数据如下，并画出f-v 图像。 声00/u f k =速：00/u f k ==39650/115.58m/s=343.03m/s 同时声速0u 也可以由1/20331(1/273)(/)u t m s =+算出，t 表示室温。 代入具体数值： 0u ’=331（1+26.5/273）1/2=346.69m/s 四，误差分析 （1）相对误差为： η= 346.69?343.03346.69 ×100%=1.05% （2）由于光电门是测量平均速度的，所以在实验过程中应该尽量保持小车的速度大，以减少误差。 （3）由于超声波的波长很短，以至于它在空气中近似地以直线传播，所以小车上的压电换能装置应该与固定在轨道末端的超声发射装置尽量保持在一条直线上。相对来说，红外线的波长在光的波长中算长的了，所以它的传播路径并不是局限在直线上，所以小车上的红外发射装置与开始端的红外接收装置在必须在一条直线上的要求并不是很严格。 39700 39720 39740 f (H z ) V (m/s) 第六章*F多普勒效应 执教：上海市莘庄中学陆涛 一、教学背景 本章内容为简谐振动与机械波，多普勒效应是在学习完波的干涉后，让学生拓展学习的内容。由于学生在生活中都曾体验过多普勒效应，只是有些同学关注到了这种现象，其余同学只是感受到了而已，没有过多的去思考。在学习了波的特性后，让学有余力的学生自学本节内容，无疑是对学生的学习能力提出了更高的要求，不仅要求学生学会观察生活中的现象，而且还需要学生通过探究分析，解释多普勒现象，明确其原理，了解其应用。 二、教学目标 1、知识与技能： （1）知道多普勒效应的现象； （2）理解多普勒效应的原理； （3）知道多普勒效应的应用。 2、过程与方法： （1）将DIS测得的声波波长放在同一坐标上进行比较，感受实验数据处理法； （2）通过对生活中多普勒现象简化归纳为三种情形，感悟建立物理模型解决实际问题； （3）通过对多普勒效应发生原理的分析，感受分析推理的思想方法。 3、情感、态度与价值观： （1）通过生活中现象的引入，感受到物理源于生活，激发对生活的热爱； （2）通过实验解释多普勒效应的发生，体验科学的严谨性和真实性，提高科学素养； （3）通过对马航MH370的应用介绍，感悟科技的发展对人类的巨大作用，激发对科学的热爱。 三、教学重点与难点： 教学重点：多普勒效应及其产生的原理。 教学难点：不同条件下，把握波源频率和接收频率之间的关系，尤其是波源运动的情况。 四、教学资源： 多普勒效应的ppt，多普勒效应的视频，DIS实验视频，flash动画； 五、教学设计思路： 本设计的内容是：多普勒效应。 1、本设计的基本思路是：《多普勒效应》是拓展型课程中机械波的最后一节内容，学生在学习前对波的振动图像以及水波发生实验有一定的基础。多普勒效应的现象对学生而言，既熟悉又陌生，所以本微课先从生活中的情景引入，让学生感受赛车靠近及远离时，音调的变化，然后用物理实验进行演示，接着借助DIS实验对观察者相对波源运动的情况进行振动图像的分析。之后，对多普勒效应的原理分三种情况进行分析，运用水波实验模拟各种情况下声波的产生。重点分析了观察者静止，波源向观察者运动的情况。最后，将所有情 多普勒雷达 多普勒雷达测速是一种直接测量速度和距离的方法。在列车上安装多普勒雷达，始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，根据多普勒频移效应原理，在发射波和反射波之间产生频移，通过测量频移就可以计算出列车的运行速度，进一步计算出列车运行的距离。克服了车轮磨损、空转或滑行等造成的误差，可以连续测速、测向和定位。 多普勒效应 当发射源(或接收者)相对介质运动时，接收者接收到的电磁波的频率和发射源的频率不同，这种现象被称为多普勒效应。 物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移)。 在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移)。 波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红／蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。 多普勒效应 假设原有波源的波长为λ，频率为f0，介质中波速为c则 (1)当波源静止不动Vs=0，观察者以V0相对波源移动(向波源方向) (2)当观察者静止不动V0=0，波源以Vs相对观察者移动(向观察者方向) (3)当波源移动速度为Vs，观察者移动速度为V0，相对运动，此时介质中的波长和观察者接收到的波的个数都有变化 多普勒雷达的测速原理 多普勒雷达法利用多普勒效应测量列车运行速度。在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列车的运动会产生多普勒效应，所以检测到的信号其频率与发送的信号频率是不完全相同的。如果列车在前进状态，反射的信号频率高于发射信号频率；反之，则低于发射信号频率。而且，列车运行速度越快，两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行速度，对列车的速度进行积分就可得到列车的运行距离。 多普勒雷达的测速原理 雷达发射电磁波的频率为F，在介质中的传播速度为c，发射角为a1，当雷达以速度V平行于反射面运动(反射面静止)，则在反射面接收到的波频率为f1 而此时反射面把波反射回去，相当于波源(静止)，雷达接收反射回来的波，相当于观察者(平行反射面速度为V)，由于雷达的运动，入射角为a2，则雷达接收到的波频率为f2 多普勒雷达的测速原理 发射波与接收波的频移为 由于雷达运动的速度V远远小于电磁波的速度c，可以近似认为入射角a2=a1，则频移将上式展为泰勒级数，并舍去高次项，可得 也就是说，发射波与入射波之间的频移fr与雷达的速度V沿发射波方向的分量的大小成正比。如果发射角a1固定，则频移fr就是与雷达速度V成正比，只要测量出频移fr 的值，就可以计算出雷达的运动速度V 误差来源 ?为了简化计算，减少处理难度，一般都会取简化后的公式来计算，然而，由于简化公式是通过舍入的方法进行简化得，简化公式与原公式之间存在一定误差，这样在使用简化公式之前就要先考虑这个误差对计算的影响。 ?列车运行的过程中，由于轨面不平整或其他原因，列车会产生振动，但列车的振动基本上都是车体的高频上下小幅度运动 多普勒效应综合实验 【引言】 当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f -V 关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V -t 关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： （1）自由落体运动，并由V -t 关系直线的斜率求重力加速度。 （2）简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 （3）匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 （4）其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f 为： 2 21 10cos -cos ααV u V u f f +? = （1） 式中f 0为声源发射频率，u 为声速，V 1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V 2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角（如图1）。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向（α=0）以速度V 运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： ?? ? ??+?=u V f f 10 （2） 当接收器向着声源运动时，V 取正，反之取负。 若f 0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f -V 关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为 k =f 0/u ，由此可计算出声速 u =f 0/k 。 由（2）式可解出： ??? ? ???=1-0f f u V （3） 若已知声速u 及声源频率f 0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率多普勒效应与血流速度的测
高中物理-多普勒效应导学案
多普勒效应及其应用
多普勒效应
多普勒效应
5多普勒效应(导学案)
多普勒效应及其应用1
多普勒测速仪工作原理
多普勒效应综合实验
2.5波的干涉与衍射-2.6多普勒效应 学案(2020年沪科版高中物理选修3-4)
实验14多普勒效应
2020年人教版高中物理选修3-4第十二章 学案设计 12.5《多普勒效应》
486什么叫超声多普勒测速法
12.5 多普勒效应 习题
多普勒效应与声速的测定
多普勒效应教学设计
多普勒雷达测速
多普勒效应综合实验
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