声波多普勒效应
多普勒效应
多普勒效应及应用生活中会有这样的经验:火车急速离去时，汽笛声调会低沉下去;而迎面驶来，声调则变高，这种现象物理上称之为多普勒效应，它是波动现象特有的规律. 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，现在，此效应在激光测速、卫星定位、医学诊断、气象探测等很多领域有着广泛的应用。
1 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异。
这种现象叫多普勒效应。
1.1.1 声波的多普勒效应的普遍公式为了方便问题的讨论 , 我们假设观测者 R 相对于介质静止 , 波源S 相对于介质以速度 v 运动 , 运动方向跟连线 SR 相垂直 , 波相对于介质的传播速度为，如图所示以静止的观测者 R 建立静止参照系 , 运动的波源 S 建立运动参照系 . 设波源开始时位于 S , 经过一段微小的时间后运动到S ′处，波源在 S 处发射位相为的波的时刻 , 相对于静止参照系 R 是, 而相对于运动参照系 S 是 ; 波源在 S ′处发射位相为 U 的波的时刻 , 相对于静止参照系 R 是 t , 而相对于运动参照系 S 是 t ′ . 设波源所发射的波的频率为 f , 则有U - = 2 P f ( t ′ - ). (1) 对于观测者 , 其接收到波源所发出的位相为的波的时刻为=+ SR ／. (2)其所接收到波源所发出的位相为 U 的波的时刻为= t + S ′ R ／ . (3)设观测者所观测到的波的频率为 f ′ , 则有U -= 2 P f ( - ), . (4)由 (2) 式和 (3) 式得- = t - + ( S ′ R - SR ) ／. (5)在上如图 2, 我们在 S ′ R 上取一点 B , 使得 RS = RB , 则S ′ R - SR = S ′ B , 由于我们讨论的时间间隔很短 , 故 S ′ B 也很短 , 可以认为 SB ⊥ S ′ R , 于是有S ′ B = S ′ R - SR = SS ′sin △ H = v ( t - )sin △ H .上式中 t - 是微小量 , △ H 也是微小量 , 故 ( t - )sin △ H 是二级微小量 , 略去不计 , 则有 S ′ B = S ′ R - SR = 0, 于是 (9) 式变为- = t - , (6)由 (1) 、 (4) 和 (6) 式得f ′ ( t - ) = f ( t ′ -), (7)其中 , t ′ - t ′ 0 为运动参照系波源 S 上的时间间隔 , t - 为静止参照系观测者 R 上的时间间隔 .1.1.2声波的横向多普勒效应由于声波的传播速度远小于光速 c , 因而声波不符合相对论原理 .对声波而言 , 其时空变换关系符合伽利略变换 , 即有t - = t ′ - , 于是由( t - ) = f (t ′ - ), 式得= f由上式可知 , 对声波而言 , 观测者所观测到的声波频率与源所发出的声波频率是一样的 . 声波没有横向多普勒效应 .1.2.1光波（电磁波）多普勒效应的普遍公式B 静止于∑’系相对于∑系的原点O ’，且∑’系相对于∑系以速度v 沿XX ’正方向运动。
超音速多普勒效应
超音速多普勒效应超音速多普勒效应是指当声源或观察者相对于空气以超音速运动时，在声波传播中出现频率和波长变化的现象。
这一现象是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒于1842年首次描述，他发现当警笛以高速通过观察者时，观察者听到的声音频率会发生变化。
超音速多普勒效应的原理是基于声波传播的特性和多普勒效应的原理。
声波是由物体振动产生的压力波，传播的速度取决于介质的性质。
当声源或观察者以超音速运动时，声波向前传播时会受到压缩，使得声波频率增加，波长减小，从而导致观察者听到的声音频率升高。
为了更深入地理解超音速多普勒效应的原理，可以参考以下内容：1. 多普勒效应：多普勒效应是指当声源或观察者相对运动时，所接收到的声音频率会发生变化。
当声源向观察者靠近时，观察者听到的声音频率会增加，波长减小；当声源远离观察者时，观察者听到的声音频率会减小，波长增加。
多普勒效应同样适用于光学和雷达等波动现象。
2. 声速和超音速：声速是声波在介质中传播的速度，不同介质的声速不同。
在大气中，声速约为343米/秒。
当物体的速度超过声速时，称之为超音速运动。
在超音速运动中，声波不能传播到物体前方，而会形成一个锥形区域，称之为激波。
3. 超音速多普勒效应的应用：超音速多普勒效应在飞行器、导弹、航天器等领域有重要应用。
例如，在飞机飞行过程中，当飞机以超音速飞行时，会产生剧烈的空气压缩，形成音爆、音锥等现象，这一现象可以通过超音速多普勒效应进行研究和分析。
4. 重要公式：超音速多普勒效应可以通过以下公式计算：频率变化 = 声速 / (声速–物体速度) * 源频率。
其中，频率变化为观察者听到的声音频率变化，声速为介质中的声速，物体速度为声源或观察者相对于介质的速度，源频率为声源发出的频率。
总结起来，超音速多普勒效应是一种声学现象，描述了声音在超音速速度下传播时频率和波长的变化。
这一现象在航空航天、声学研究等领域有着重要的应用价值。
通过了解超音速多普勒效应的原理和公式，人们可以更好地理解和分析超音速运动中的声学现象。
多普勒效应在生活中的应用
多普勒效应在生活中的应用刚从初中升上高中的学生普遍不能一下子适应过来，都觉得高一物理难学，特别是对意志品质薄弱和学习方法不妥的那部分学生。
下面小编和大家扩展一下高中物理知识难点：多普勒现象在现实中的应用一、声波的多普勒效应在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢?这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高;反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安·多普勒(ChristianDoppler,1803-1853)的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应.为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好象波被压缩了.因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因;相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好象波被拉伸了. 因此，声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=(u+v0)/(u-vs)f ，其中vs为波源相对于介质的速度，v0为观察者相对于介质的速度，f表示波源的固有频率，u表示波在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时，v0取正号;当观察者背离波源(即顺着波源)运动时，v0取负号. 当波源朝观察者运动时vs前面取负号;前波源背离观察者运动时vs取正号. 从上式易知，当观察者与声源相互靠近时，f1>f ;当观察者与声源相互远离时。
f1二、光波的多普勒效应具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应. 因为法国物理学家斐索(1819-1896)于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移;如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移.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" .多普勒-斐索效应使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了. 1868年，英国天文学家W. 哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度)，得出了46 km/s的速度值。
多普勒超声原理
多普勒超声原理
多普勒超声原理是通过声波的多普勒效应来测量物体的运动速度。
当声波遇到运动的物体时，会产生频率变化，即频移。
多普勒效应描述了当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感受到波的频率的变化。
在多普勒超声中，超声波由发射器发出，并经过组织中的反射后返回到接收器。
当被检测物体相对于超声波源运动时，返回超声波的频率会有所变化。
如果物体远离超声波源，则返回波的频率低于发射波的频率；如果物体朝向超声波源运动，则返回波的频率高于发射波的频率。
通过测量这种频率变化，可以计算出物体相对于超声波源的速度。
多普勒超声可用于测量血流速度。
当超声波穿过血液流动的血管时，被红细胞散射的声波会发生频率变化。
通过测量这种频率变化，可以计算出血液流速，进而评估血管的状况。
除了测量血流速度，多普勒超声还可以用于评估心脏功能、检测血管堵塞及异常血流等。
它是一种无创、安全、可重复使用且成本较低的检查方法，因此在临床上应用广泛。
总的来说，多普勒超声通过测量声波的频率变化来评估物体的运动速度，其原理原理可以用于测量血流速度和评估心血管系统功能。
多普勒效应
实验报告【概述】当波源和观察者（或接收器）之间发生相对运动，或者波源、观察者不动而传播介质运动时，或者波源、观察者、传播介质都在运动时, 观察者接收到的波的频率和发出的波的频率不相同的现象，称为多普勒效应。
多普勒效应在核物理，天文学、工程技术，交通管理，医疗诊断等方面有十分广泛的应用。
如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达，多普勒彩色超声诊断仪等。
【实验原理】1．声波的多普勒效应设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点在x ，运动和传播都在x 方向。
对于三维情况，处理稍复杂一点，其结果相似。
声源、接收器和传播介质不动时，在x 方向传播的声波的数学表达式为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=x c t p p 00cos ωω （1-1）① 声源运动速度为s V ，介质和接收点不动设声速为0c ，在时刻t ,声源移动的距离为()0/c x t V s -因而声源实际的距离为()00/c x t V x x s --=()()s s M t V x x --=∴10 （1-2）其中0/c V M s s =为声源运动的马赫数，声源向接受点运动时s V （或s M ）为正，反之为负，将式1-2代入1-1：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=00001cos c x t M p p sω 可见接收器接受到的频率变为原来的sM -11，即：ss M f f -=1 （1-3） ②声源、介质不动，接收器运动速度为s V ，同理可得接收器收到的频率为()f c V f M f r r r ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=011 （1-4） 其中0c V M r r =为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时r V （或r M ）为正，反之为负。
③介质不动，声源运动速度为s V ，接收器运动速度为r V ，可得接受器收到的频率：f M M f sr rs -+=11 （1-5） ④介质运动，设介质运动为m V ，得：t V x x m -=0根据1-1式可得：()⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+=∴0001cos x c t M p p m ωω （1-6） 其中0/c V M m m =为介质运动的马赫数。
多普勒效应的原理
多普勒效应的原理多普勒效应是指当光源或声源以一定速度运动时，observer 监测到的光或声的频率发生改变的现象。
这种频率的改变是由于光或声的波长被拉长或压缩引起的。
多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒于19世纪初发现并解释的。
多普勒效应的原理可以通过十分简单的实验来说明。
假设有一个车辆以一定速度V 靠近一个observer，这个车辆发出频率为f 的声音。
由于车辆在靠近observer 的过程中，声波会被车辆压缩，导致observer 接收到的频率变高，这被称为正多普勒效应。
相反地，如果车辆远离observer，声波就会被拉长，导致observer 接收到的频率变低，这被称为负多普勒效应。
正多普勒效应和负多普勒效应是基于相对运动的观察结果。
速度共存者（接近者）会看到不需要光或声在速度变换过程中的弯曲。
运动不会影响硬碟工作和它们接受的数据。
说它们有多种类型，无论是用红外线还是内置的接近传感器。
在硬盘这个案例中，频率变化被特殊认是用来跟踪标志物的入场决定。
决定记录磁盘的特定数据柱需要速度。
为了深入了解多普勒效应的原理，我们可以运用波动理论。
波动是指能量的传播形式，它传递的是振动或扰动。
波动在介质（如空气、水、光的传播介质等）中传播，能够通过频率（f）和波长（λ）来进行表征。
波动的速度（V）等于波长（λ）与频率（f）的乘积，即V = f ×λ。
考虑一个静止的observer 和一个运动的光源。
observer 接收到的光的频率与光的源频率之间存在一个观察到频率（f'）和源频率（f）的比例关系。
这个比例被称为观察者频率和源频率的多普勒因子（δ），可以用以下公式表示：δ= （V ±Vo）/ （V ±Vs）其中V 是光的传播速度，Vo 是observer 的速度，Vs 是光源的速度。
正负号取决于observer 和光源相对于彼此的运动方向。
如果observer 和光源接近彼此，则取正号；如果observer 和光源相互远离，则取负号。
多普勒效应
多普勒效应不知朋友们是否注意过这样的现象：当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过时，喇叭的音调会由高变低：好像汽车驶来的时候唱着音符“i”，离开的时候就唱音符“ 7”了。
1842年，奥地利物理学家多普勒（Christian Doppler）带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似的现象，他经过认真的研究，发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，观察到的波的频率都会发生变化，并且做出了解释。
人们把这种现象叫做多普勒效应。
多普勒认为声波频率在声源移向观察者时变高,而在声源远离观察者时变低。
一个常被使用的例子是火车：当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳，你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。
同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。
把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象：若你每走一步,便发射一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己；而在你后面的脉冲则比原来不动时远了一步。
或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
为了了解多普勒效应，还可以做这样一个模拟实验：让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每分钟有9个人从他身边通过（下图甲），这种情况下的“过人频率”是9人／分。
如果观察者逆着队伍行走，每分钟和观察者相遇的人数增加，也就是频率增加（下图乙）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（下图丙）。
对于声波和其他波动，情况相似：当波源和观察者相对静止时，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；当波源和观察者相向运动时，1s内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变小。
广义的多普勒效应多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于其他类型的波,包括光波、电磁波。
科学家Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。
他发现远处银河系的光线频率在变低,即移向光谱的红端。
多普勒效应生活中的例子
多普勒效应生活中的例子
1. 什么是多普勒效应？
多普勒效应是指当声源或接收者相对于另一个运动时，声波的频率会有变化的现象。
比如，当一个警笛靠近我们时，听起来会非常尖锐，而当它从我们身边飞过时，听起来会变得低沉。
这种变化就是由多普勒效应引起的。
2. 例子1：警笛
警笛是多普勒效应最经典的例子之一。
当警车开往我们这个方向时，声波前进的速度比车子本身的速度快，所以警笛的声音听起来就比较尖锐。
而当警车从我们身边开过时，声波前进的速度比车子本身的速度慢，所以警笛的声音听起来变得柔和而低沉。
3. 例子2：天体测量
多普勒效应在天体测量中也有很广泛的应用。
例如，当一个恒星相对于地球的运动方向不断变化时，它放射出的光线的频率也会随之变化。
通过观察这种变化，天文学家可以推测出恒星的运动轨迹、质量大小等等信息。
4. 例子3：医学影像学
多普勒效应也被广泛应用于医学影像学中。
超声波多普勒成像技术就是利用多普勒效应原理构建的。
通过超声波探头发射出的声波与
人体组织相互作用后的回波的频率差别，我们就可以了解到人体内部的血流速度和方向。
5. 总结
多普勒效应虽然可能不为人们所熟知，但它却影响着我们的生活和工作。
除了上面提到的例子外，多普勒效应还被广泛应用于雷达、飞机、船舶等领域。
预计未来，多普勒效应会被越来越多地应用到各个行业中去。
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声波多普勒效应
学习目标：
(1)知道声波的干涉和衍射现象。
(2)知道超声波及其应用。
①知道什么是超声波及次声波。
②了解超声波的应用。
(3)知道多普勒效应的产生原因。
①知道当声源与人之间有相对运动时，人听到的声音的频率会发生变化，这种现象称为多普勒效应。
②能定性地解释多普勒效应产生的原因，能定性地判断当声源靠近或远离人时，人听到的声音频率是变大或变小。
(4)了解多普勒效应的应用。
知道利用超声波或电磁波的多普勒效应可以测定物体运动的速度。
重点、难点：
1、声波也有干涉和衍射的现象。
2、超声波特性与应用。
3、多普勒效应的产生原因。
知识讲解：
一、声波
声波与其它机械波一样，可以发生反射、折射、干涉和衍射。
由于声波的频率较低、波长较长，声波的衍射现象比水波更为明显。
二、超声波
人耳能够听到的声波振动频率范围大约在20Hz～20000Hz之间，高于20000Hz的声波，人耳就不能感受到，称为超声波。
低于20Hz的声波人耳也不能感受到，称为次声波。
超声波特点：
1、波由于振动频率较高，波长较短，对于一般障碍物来说，衍射现象很不明显，基本上是沿直线传播的，具有良好的直线定向传播性。
2、波频率高，能量大而集中，具有很强的穿透性。
超声波应用：
超声定位：超声波的波长非常短，能够沿直线传播和反射，因而可以定向发射，根据这种特性，可以制成声呐、鱼群探测仪等仪器，确定潜艇、鱼群的位置或海底深度。
超声处理：高频的超声波具有强大的功率，一般说，超声功率与其频率的平方成正比，它在液体中传播时，会产生较大的液压冲击，根据这一个特性可以利用超声波来清洗、加工和消毒。
超声检测：超声波的穿透能力很强，超声波在界面处就会发生反射和透射。
利用它的穿透能力和反射波，可以制成超声波探伤仪，用来对金属、水库堤坝等进行探伤。
“超声波B型显示切面成像方法”检查人体的内部器官、组织等有无病变。
超声波的多普勒效应可以测量体内血流速度，超声波还可用来进行按摩、治疗、消毒、灭菌等。
三、多普勒效应
定义：声源与观察者之间有相对运动时，听到的声音频率发生变化的现象，这一现象是多普勒在1842年首先发现的，所以称为多普勒效应。
解释：
只要声源与观察者之间有相对运动，就会发生多普勒效应。
当观察者向着声源靠近时，听到的声音频率就变大，而观察者是远离声源时，听到的声音频率就变小。
发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接受到的频率发生了变化。
观察者接受到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。
模拟实验：如下图，一队人沿街行走，观察者站在街边不动，每秒有九个人从他身边经过，这种情况下该观察者的“过人频率”是9人／秒。
若观察者逆着队伍行走，每秒和观察者相遇的人数增加，也就是“过人频率”增加．反之，如果观察者顺着队伍行走，“过人频率”降低。
总体上人的走动情况没有变化，变化的是观察者观察到的情况发生了变化。
多普勒效应是波动过程共有的特征．不仅是机械波，电磁波和光波，也会发生多普勒效应。
多普勒效应公式：
相关概念：波源的频率和观察者接收到的频率
波源的频率：等于单位时间内波源发出的完全波的个数。
观察者接收到的频率：等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。
推导：
下面针对机械波进行推导，为简单起见，只讨论波源和观察者在二者的连接线上运动的情形。
如图所示，设声源为S，观察者L分别以速度v
S 、v
L
在静止介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度
为v，且v
S ＜v，v
L
＜v。
当声源不动时，声源发出频率为f
、波长为λ
的声波，在时间t内声波传播的距离为vt，这段距离分布
的波数（完全波的个数）为：。
当声波以速度v
S 运动时，这n个完全波分布在距离(v－v
S
)t内，相应的波长为：。
因为观察者以速度v
L 作同向运动，所以声波相对于观察者的速度为(v－v
L
)，观察者接收到的声波的频率为：①
该式是多普勒效应公式的一般形式。
下面讨论几个比较简单的特殊情况。
(1)当观察者和波源都不动时，由①式得：f＝f
(2)当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接收到的声波频率为：
显然这时f＞f
，观察者感到音调变高，这就是鸣笛的火车驶近站在铁路旁的人时，人感到汽笛的音调变高的道理。
(3)观察者不动，声源远离观察者时，①式中的v
S
应取负值，观察者接收到的声波频率为：
显然这时f＜f
，观察者感到音调变低，这就是鸣笛的火车远离站在铁路旁的人时，人感到汽笛的音调变低的道理。
(4)声源不动，观察者接近声源时，①式中的v
L
应取负值，观察者接收到的声波频率为：
显然这时f＞f
，观察者感到音调变高。
(5)声源不动，观察者远离声源时，观察者接收到的声波频率：
显然这时f＜f
，观察者感到音调变低。