18.6+多普勒效应.pptVIP

第18章 波动 * 由于波源、探测器的相对运动而引起的探测器的接收频率与波源的发射频率不等的现象，称为多普勒效应。 一、描述波动的几个物理参量 二、机械波的多普勒效应 三、多普勒效应的应用 §18.6 多普勒效应 一、描述波动的几个物理参量 波速u —— 与介质和波的类型有关，与波源无关。 波一旦从波源发出，就忘了自己的来源，而以 介质给定的特定速度在介质中传播。 波长λ —— 一个完整波形在介质中沿波线展开的长度。 频率ν —— 单位时间内，通过介质中某点的完整波形数。 ：波源的振动频率。 ：探测器的接收频率 波通过探测器的速率 探测器处的波长 二、机械波的多普勒效应 以介质作参考系； 波源、探测器的运动发生在两者的连线上； 解决由于 S、R 的相对运动 与 的关系。 1. 波源和接收器均静止： 波通过探测器的速率 探测器处的波长 分四种情况分析： 均不变 2. 波源静止，接收器运动： R 迎着源S R 背着源S 结论： 当波源S不动，探测器R运动时，介质中波长不变，相当于改变了波的传播速度。 3. 波源运动，接收器静止： 观察者 观察者 S 从波面上分析： S 不动时： S 运动时： 从波形上分析： 此时通过P点的完整波形的长度： 同理，若S背离P运动，则 结论： 当波源S运动时，介质中波长发生了变化，且相向运动时波长变短，相背运动时波长变长。 水波的多普勒效应（波源向左运动） 4. 波源和接收器都运动 由于接受器运动： 由于波源运动： ——多普勒频移公式 （迎：加 背：减） （迎：减 背：加） 正负号选择与2、3情况相同 相迎： 相背： 说明 1) R、S 运动任意 如果垂直连线运动， 机械波：只有纵向效应，没有横向效应 无多普勒效应 （不在二者连线上） 取其速度在连线上的分量 （纵向分量） 2) 光的多普勒效应 c —— 光速 υ —— 光源相对接收器的速度 3) 激波 uΔt · · · · 时， 当波源速度超过波速时，任意时刻波源本身（后发出的波面）将超越先发出波的波面，在波源前方不可能有任何波动产生，形成冲击波。 形成圆锥形波阵面—马赫锥 · S —马赫数 超音速的子弹 在空气中形成 的激波 （马赫数为2 ） 钱学森在力学的许多领域都做过开创性工作。他在空气动力学方面取得很多研究成果，最突出的是提出了跨声速流动相似律，并与卡门一起，最早提出高超声速流的概念，为飞机在早期克服热障、声障，提供了理论依据，为空气动力学的发展奠定了重要的理论基础。 当物体（通常是航天器）运动速度到达声速之前,阻力出现一个非常突然的增加,过了声速以后,阻力又开始下降,逐渐趋向正常值,这种阻力在声速附近突然上升的现象就是所谓的”声障”现象。 声障 三、多普勒效应的应用 1）测量天体相对地球的视线速度 高红移星暴星系 远在宇宙“边缘”的正在形成恒星的星系（称为“星暴星系”） 当光源远离观测者时，接受到的光波频率比其固有频率低，即向红端偏移，这种现象被称为“红移”；当光源接近观测者时，接受频率增高，相当于向蓝端偏移，称为“蓝移”。红移是测定天体之间距离的一种常规方法，而运用这一方法的前提是承认宇宙大爆炸学说。 警察用多普勒测速仪测速 超声多普勒效应测血流速 2）技术上，测量运动物体的视线速度 如飞机接近雷达的速度、汽车的行驶速度、人造卫星的跟踪、流体的流速等。 已知信号声源： 例 R S 求 (1) R直接从S接收到的信号频率ν1＝？ (2) R从反射面接收到的信号频率ν2＝？ (3) R接收到的拍频ν＝？ 解 S远离R (2) S发射，反射面接收（S靠近） (3) 二波叠加 （同方向，不同频率） 拍频： 反射面反射信号时，频率不变 已知两波动方程： 例 则二波传播方向？ 解 从t 时的波形曲线判断各点的振动方向： x x x 右行波 左行波 驻波 波 动 小 结 一、波动方程的建立 1. 已知某点的振动方程及波的传播方向，选定坐标，可写出波动方程。 2. 波动方程的物理意义： x＝x0 x0点振动方程 t＝t0 t0时刻波形曲线 3. 从波形曲线和传播方向，可求各点振动方程及波动方程。 A P x 二、波的叠加 1. 干涉 条件： 现象： 依据： 同频率、同方向、相差恒定 干涉区域振动强弱稳定分布 2. 驻波 条件： 现象： 合成： 相干波、同振幅、传播方向相反 波形、相位、能量均不传播 判断有无半波损失 四、多普勒效应 三、波的能量 同步