物理小论文--多普勒效应拓展

多普勒效应及其应用摘要：本文主要介绍多普勒效应的发现，介绍及在声波，电磁波，光波的应用。

关键词：多普勒效应，频率改变。

一：引言：早在高中时期，大多数同学都接触到了多普勒效应，但是对多普勒效应的认识只是停留在教科书上介绍的基本层次。

而不了解多普勒效应在我们的生活中已经有了广泛的应用，尤其是在医学方面。

本文通过由浅入深介绍多普勒效应，让读者有更清晰的认识，且着重介绍多普勒效应在当今社会的应用。

二：多普勒效应什么是多普勒效应？简单来说,一辆汽车在我们身旁急驰而过，车上喇叭的音调有一个从高到低的突然变化，列车迅速迎面而来时音调较静止时为高，而列车迅速离去时则音调较静止时为低。

此外，若声源静止而观察者运动，或者声源和观察者都运动，也会发生收听频率和声源频率不一致的现象。

这种现象称为多普勒效应。

多普勒效应的发现：一天，多普勒带着他的孩子沿着铁路旁边散步，一列火车从远处开来。

多普勒注意到：火车在靠近他们时笛声越来越刺耳，然而就在火车通过他们身旁的一刹那，笛声声调突然变低了。

随着火车的远去，笛声响度逐渐变弱，直到消失。

这个平常的现象吸引了多普勒的注意，他思考：为什么笛声声调会变化呢？他抓住问题，潜心研究多年。

通过研究他发现，这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象，这就是频移现象。

当观察者与声源相对静止时，声源的频率不变；当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。

音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。

这一比值越大，改变就越显著。

最后他总结：观察者与声源的相对运动决定了观察者所收到的声源频率。

更加深入的揭示多普勒效应可以这样理解：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。

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。

波源的速度越高，所产生的效应越大。

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。

多普勒效应及其应用吕博浩10804050214摘要：当波源与观测者之间存在相对运动时，观测者所接收到的波不等于波源振动频率，这种现象就是多普勒效应。

多普勒效应在近代科学中有着广泛的应用。

它常用于测量运动物体视线速度，如雷达向飞机发射已知频率的电磁波并接收回波，由回波与发射波频率之差可定出飞机以多大的速度靠近雷达。

关键词：多普勒效应，应用，声，光1 什么是多普勒效应当波源与观测者之间存在相对运动时，观测者所接收到的波不等于波源振动频率，这种现象就是多普勒效应。

2 多普勒效应的讨论由于声学多普勒效应与光学多普勒效应有根本的区别，以下先对它们进行讨论：2.1声多普勒效应设声源的频率为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 来传播。

波的频率数值总是等于每秒钟通过媒质中某一固定点的完整波形的数目。

下面分三种情况讨论：2.1.1声源不动，观测者相对于媒质以速度v 运动此时观测者不是停在原地等待一个个的波来“冲击”，而是迎上去拾取更多的波，那么观测者接收到的声波的频率为v '=（V+v ）/λ=[(V+v)/V]*v上式表明当观测者向着静止的声源运动时，接收到的声波频率为声源频率的（1+v/V ）倍，故听到的声调变高。

反之，当观测者背着静止的声源运动时，所接收到的声波频率为v '=[（V-v ）/V]*λ声波的频率低于声源频率，故听到的音调变低。

2.1.2声源s 以速度u 相对于媒质运动，观测者静止设声源S 相对于媒质以速度u 向着观测者运动，，波源在移动过程中按自己的频率振动，它在一个振动周期内完成一次全振动，并产生了一个完整波形，但在T 时间里波源由1S 移到了2S ，波长“缩短”为λ'，λ'=λ-ｕＴ=（Ｖ-ｕ）*Ｔ那么观测者所接收到的频率为v '=V/λ'=[V/(V-ｕ)*Ｔ]=[V/(V-u)]*v上式表明，声源向静止的观测者运动时，接收到的频率为声源振动频率的[V/（V-u ）]倍。

用多普勒效应测速的原理及应用论文用多普勒效应测速的原理及应用中文摘要：本论文的目的是介绍多普勒效应的测速原理以及在生活中的应用。

通过查找资料并且思考的方法，分析和推导出多普勒效应的定义，原理。

并且通过对日常生活的观察以及上网的搜索，了解了多普勒效应在日常生活的应用，包括声纳测速、雷达测速以及医学仪器的使用。

本论文通过对多普勒效应原理的解说，一步步引导出测速的原理，进一步直观地解释其应用，从而真正解决了对多普勒效应测速的解答。

关键词：多普勒效应测速原理应用论文：一、多普勒效应多普勒效应就是，当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。

因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。

由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。

二、多普勒测速原理用波照射运动着的物体,运动物体反射或散射波,由于存在多普勒效应,反射或散射波将产生多普勒频移,利用产生频移的波与本振波进行混频再经过适当的电子电路处理即可得到运动物体的运动速度。

我们假设多普勒测速仪静止,运动物体的运动速度为v,运动物体的运动方向与多普勒测速仪的测速方向在同一直线上，为了得到多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的声波频率与运动物体运动速度之间的关系,我们分两步进行讨论。

1、声波测速第一步,多普勒测速仪发射声波,运动物体接收到其所发射的声波.在这个过程中,多普勒测速仪作为波源是静止的,而运动物体作为波接收器以速度v运动.设多普勒测速仪所发射的声波频率为f,运动物体所接收到的声波频率为f′,声波的传播速度为v0,观测者相对于介质的运动速度vr。

可得：第二步,运动物体反射或散射声波,多普勒测速仪接收到其所反射或散射的声波.在这个过程中,运动物体作为波源以速度v运动,而多普勒测速仪作为波接收器静止.设多普勒测速仪接收到的声波频率为f″,由第一步我们知道,运动物体所反射或散射的声波频率为f′,于是可得：代入可得：即为被测物体的运动速度v与多普勒测速仪所发射的声波频率f、多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的声波频率f″以及声波的传播速度v0之间的关系2、光波测速为了得到多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的光波频率与运动物体运动速度之间的关系,我们同样分两步进行讨论。

多普勒效应实验多普勒效应是描述当发出声波或电磁波的源与接收者之间相对运动时，观测到的频率发生变化的现象。

它对我们理解宇宙中物体的相对运动提供了重要的信息，具有广泛的实际应用，例如天文学、天体物理学、无线通信等领域。

为了更好地理解多普勒效应，我们可以进行一项相关实验。

首先，我们需要明确多普勒效应的公式。

根据多普勒效应的表达式，当源和接收者相对静止时，接收到的频率为：f' = f，其中f是发射频率，f'是接收频率。

当源和接收者以速度v相对运动时，接收到的频率为：f' = (v + vo) / (v - vs) * f为了进行这项实验，我们需要准备以下材料和设备：1. 频率发生器：用于产生较为稳定的频率的声波或电磁波信号。

2. 音源或光源：用于作为波源产生声波或电磁波信号。

3. 麦克风或接收器：用于接收波源发出的信号。

4. 能够移动的平台或车辆：用于模拟源和接收者之间的相对运动。

5. 计时器：用于测量信号的频率和持续时间。

接下来，我们开始进行实验：1. 将频率发生器连接到音源或光源，并设置所需的发射频率f。

确保频率发生器的稳定性和准确性。

2. 将麦克风或接收器放置在接收者位置，并调整至最佳接收信号的位置。

确保麦克风或接收器的灵敏度和准确性。

3. 在平台上放置源，并调整源和接收者之间的距离d。

确保距离的准确性。

4. 启动实验，开启频率发生器和源，开始记录接收到的频率f'。

5. 移动平台或车辆，模拟源和接收者之间的相对运动。

可以选择以下两种方式：a. 静态实验：保持源和接收者相对静止，通过调整频率发生器的频率来模拟相对运动。

每次调整频率后，记录接收到的频率f'。

b. 动态实验：通过移动平台或车辆，以一定的速度v进行相对运动。

在每个固定的时间间隔内，记录接收到的频率f'。

6. 切换不同的运动速度v，重复步骤4和5，直到所需的数据和实验结果都被收集完成。

实验完成后，我们可以通过数据分析和模拟来验证多普勒效应的公式，评估实验结果的准确性。

.1 引言因波源和观测者有相对运动而出现的观测频率与波源频率不相等的现象,叫做多普勒效应。

1842年,多普勒发表论文首次论述多普勒效应。

他推导出当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的波长频率会改变,在运动的波源前面波被压缩,波长变短,频率变高；在运动的波源后面波长变长,频率变低。

波源的速度越高,产生的这种频率变化越大。

观测频率变化的程度,可以计算出波源沿观测方向运动的速度。

从此关于多普勒发现的这种现象得到了人们的广泛关注，并拉开了研究多普勒效应及运用的序幕。

2003年河南大学物理系尹国盛以光子假设为前提 ,利用动量守恒定律和能量守恒定律导出了相对论多普勒公式，包括经典力学中的多普勒公式和相对论力学中的多普勒公式，并简单讨论了经典力学的多普勒效应[1]。

在同年3月湖北工学院数理系的别业广通过研究认为多普勒效应是一切波动过程的共同特征，不仅机械波有多普勒效应,电磁波也有多普勒效应[2]。

在6月湖北工学院数理系的徐国旺和别业广在引入速度矢量的基础上，导出了接收频率与本征频率的关系，并对多普勒效应中观察者所在处的振动方程进行了初步探讨[3]。

除此之外 ,他们还用Mathematica 对一实例进行了动画演示。

2004年陕西科技大学理学院的刘运以静止和运动的原子发射光子为例 ,运用能量及动量守恒定律 ,从动力学角度研究了光的多普勒效应 ,说明光的多普勒效应不但是一个运动学问题 ,而且也是一个动力学问题[4]。

2007年5月重庆交通学院物理教研室的胡成华从光的粒子性出发 ,分析计算了运动原子和静止原子发射的光子的频率 ,得到了完全相同的多普勒频移公式[5]。

在接下来的一年中江西省气象科学研究所的马中元回顾了雷达气象学的发展史和多普勒雷达工作原理，指出雷达利用电磁波的散射与吸收、衰减与折射和多普勒效应等基本原理，塑造了多普勒天气雷达并建立了我国新一代多普勒雷达监测网，为在气象业务中监测和预报龙卷、冰雹大风和暴洪等灾害性天气发挥了重要作用[6]。

多普勒效应实验报告学院化学与生物工程学院班级化学1701 学号姓名一、实验目的与实验仪器实验目的1、了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。

2、利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械能转化的规律。

实验仪器ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。

二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1、声波的多普勒效应当声源相对介质静止不动时，声波的频率f0，波长λ0以及波速U0表示为f0=U0/λ0则观测频率f、观测波长λ和观测波速U的关系f=U/λ当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0，则f=（U0+V0）/λ０联立，得f=（U0+V0）/λ０=（f0λ0）/λ0=（1+V/U0）f0当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0，则f’=U’/λ’=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f当声源与接收器运动如图时f=（U0+V1COSθ１）/( U0-V2 COSθ２)2、马赫锥ａ＝arcsin（U０／V０）＝arcsin（１／M）U０为波速，V为飞行器速率，ａ为马赫角，M为Ｖ／Ｕ０马赫数3、天文学中的多普勒效应观察两波面的时间ｔ＝（λｃ／（C+Vｃ））／（１／（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２）＝（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２／（（１＋Ｖｃ／Ｃｃ）ｆｃ）三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）１、超声波的多普勒效应（１）、组装仪器（２）、打开实验控制箱，调至室温，记录共振频率ｆ０（３）、选择多普勒效应验证实验（４）、修改测试总数（５）、为仪器充电，确定失锁指示灯处于灯灭状态（６）、选定滑车速率，开始测试（７）、选择存入或者重测（８）、重新选择速度，重复（６）、（７）（９）、记录实验数据２、用多普勒效应研究恒力下物体的运动规律（１）、测量钩码质量和滑车质量（２）、连接仪器（３）、选中变速运动测量（４）、修改测量总次数（５）、选中开始测试，立即松开钩码（６）、记录测量数据（７）、改变砝码质量，重复（１）到（６）四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）表4.12-1 多普勒效应的验证与声速的测量t c = 24 ℃f0 = 40001 Hz次数i 1 2 3 4 5v/(m/s) 0.41 0.59 0.75 0.87 0.98Fi/Hz 40049 40070 40089 40103 40116斜率k=f0/u0=117.6声速u0= 340.1m/s当t= 24℃时，u t = 345.7 m/s误差|σ|= 1.6 %表4.12-2 滑车在钩码驱动作用下的运动规律测量滑车质量m0= 595.2 g 采样步距t0= 0.05 s序号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 砝码质量m1/gt i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 56.4f i/Hz 40040 40042 40051 40048 40053 40057 40063 40065 40067 40075t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 92.6f i/Hz 40067 40075 40077 40083 40087 40095 40102 40112 40118 40124t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 104.5f i/Hz 40073 40077 40083 40087 40097 40100 40114 40118 40126 40132t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 116.4f i/Hz 40067 40069 40081 40087 40100 40100 40114 40120 40130 40136m1= 56.4 g v-t 关系表t i/(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 v/(m/s)0.337 0.354 0.432 0.406 0.449 0.484 0.536 0.553 0.570 0.640理论值：a0= 0.848 m/s2实验值：a= 0.638 m/s2误差|σ|= 24.8%m1= 92.6 g v-t 关系表t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45v/(m/s)0.570 0.640 0.657 0.709 0.743 0.812 0.873 0.960 1.011 1.063理论值：a0= 1.319 m/s2实验值：a= 1.104 m/s2误差|σ|= 16.3%t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45v/(m/s)0.622 0.657 0.709 0.743 0.830 0.856 0.977 1.011 1.080 1.132理论值：a0= 1.464 m/s2实验值：a= 1.187 m/s2误差|σ|= 18.9 %t i/s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 v/(m/s)0.570 0.588 0.691 0.743 0.856 0.856 0.977 1.028 1.115 1.167理论值：a0= 1.603 m/s2实验值：a= 1.387 m/s2误差|σ|= 13.5%五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系的实验时1、应该先调好皮带松紧度（1）皮带过松，带动皮带的转轮与皮带之间打滑，使小车速度发生变化，且容易导致小车自动返回后与控制器存在碰撞。

编号: 2010212409毕业论文（2014届本科）题目：多普勒效应及其应用学院：物理与机电工程学院专业：物理学作者姓名：张伟平完成日期： 2014 年 5 月 20 日二○一四年五月目录河西学院本科生毕业论文诚信声明 0河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 (1)0引言 (5)1多普勒效应 (5) (5) (6)波源静止观察者运动的情形 (6) (7) (7)2多普勒效应的原理 (8) (8) (8) (9) (9) (10) (11)3多普勒效应在探测中的应用 (11) (11) (13) (14)4多普勒效应在医学上的应用 (14) (15) (15)5多普勒效应在军事、交通领域的应用 (17)6多普勒效应在影视艺术作品中的运用 (17)7结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)河西学院本科生毕业论文题目审批表 (23)河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 (24)河西学院毕业论文指导教师评审表 (24)河西学院本科生毕业论文答辩记录表 (25)河西学院本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名：二O 年月日河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告多普勒效应及其应用摘要：本文首先以声波和光波的多普勒效应为例，对声波、光波及电磁波的多普勒效应原理进行了详细阐述，归纳、总结多普勒效应的一般公式。

主要介绍了多普勒效应在医学、交通、探测、卫星通信、军事科技、影视艺术作品、气象监控等领域的应用：如多普勒效应在天体脉塞和中子双星探测中的应用、卫星多普勒定位技术、激光雷达测风速、彩超在临床医学中的应用、超声多普勒血流仪等。

多普勒效应及其应用姓名：李睿学号：0840308118 班级：测控一班一、什么是多普勒效应在日常生活中，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．二、多普勒效应的演示实验在上述火车鸣笛的例子中，实际上火车鸣笛的频率并没有改变，而是由于声源和观察者之间有相对运动，使人耳接收到声音的频率发生了变化，所以人耳听到汽笛的音调发生了变化．为了说明这个问题，我们可以用水波代替声波（都是机械波），做如下演示实验．在盛有清水的大水槽中，以一端粘有直径约为8ｍｍ的石蜡球的细弹簧作为弹簧单振子，使单振子与水面接触，若使单振子沿竖直方向周期性地上下击打水面，这时，水面上就形成向四周传播的周期性同心圆波．若将振动着的单振子在水面上向右平移、便可看到从振源中心到右槽壁间的波纹变密、波长缩短，右壁接收圆波的频率变大，而振源中心到左槽壁的波纹变疏，波长增大，左槽壁接收圆波的频率变小，该实验仪器结构简单，易于取材，制作简便，便于操作，直观性强，可信度高，具有较好的实验效果．实验结果表明，单振子（振源）本身的频率并没有改变，而是水槽壁（接收者）接收的水波的频率发生了变化，这就与上述火车鸣笛的情况相类似了．通过该实验的演示，我们就不难理解波的多普勒效应了．三、声波多普勒效应的理论分析结合教材的阐述，我们还知道，当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到波的频率增大；如果二者远离，观察者接收到波的频率减小．对于这种变化关系，下面笔者由浅入深地分三种情况针对声波做如下讨论．首先，设声源速度为ｖＳ，接收者速度为ｖB，ｖ表示声波在介质中的传播速度，当声源向接收者运动时，ｖＳ取正值，而背离接收者运动时，ｖＳ取负值；当观察者向声源运动时，ｖB取正值，而背离声源运动时，ｖB取负值，波速ｖ总取正值．1．声源不动，观察者以速度ｖB相对于介质运动，即ｖS ＝0、ｖB≠0时如观察者向着声源运动，则ｖB＞0．因观察者以速度ｖB迎向声源运动，相当于波以速度ｖ＋ｖB通过接收者．单位时间内接收到的波数就是接收到的频率，即ν′＝（ｖ＋ｖB）／λ＝（ｖ＋ｖB）／（ｖＴ）＝［（ｖ＋ｖB）／ｖ］ν＝［1＋（ｖB／ｖ）］ν．①该式表明：当观察者向声源运动时，接收到的频率ν′为声源频率的［1＋（ｖB／ｖ）］倍；当观察者背离声源运动时，ｖB＜0，则ν′＜ν，即观察者接收到的频率ν′小于声源的振动频率ν．读者可自行分析当ｖB＝－ｖ时，会发生什么情况? 2．观察者不动，声源以速度ｖＳ相对于介质运动，即ｖＢ＝0，ｖＳ≠0时。