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10.8 多普勒效应 教材分析多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.这比波动现象又复杂了一些.本节以声波为例介绍多普勒效应，原因是声波比较常见，易于为学生接受. 教学目标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，知道是在波源和观察者之间有相对运动时产生的现象. 3.了解多普勒效应的一些应用. 引入同是汽笛发声，为什么会产生两种不同的现象呢？本节课我们就来研究这种现象. 这一效应是多普勒在1842年首先发现的，所以称为多普勒效应多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.多普勒效应的b、波源的频率和观察者接受到的频率 ⑴波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数①当波源和观察者相对于介质都不动时 单位时间内波源发出几个完全波，就有几个完全波在单位时间内经过观察者， 所以。 ②源S相对于介质静止，而观察者O以速度ν0相对于介质运动 如图所示，图中两相邻波面之间的距离为一个波长。当观察者O向着波源运动时，在单位时间内，原来处在观察者O处的波面向右传播了u的距离，同时O向左移动了ν0的距离，这相对于波通过观察者O的总的距离为u+ν0（相当于波以速度u+ν0通过观察者）。因此在单位时间内通过观察者的完整波的个数为 或 可见观察者接收的频率升高了，为原来频率的(1+ν0/u)倍。 当观察者O以速度ν0背着波源运动时，可以得到同样的结论，只是ν0为负值。显然，O处观察者接收的频率降低了。 ③观察者O相对于介质静止，而波源S以速度νs相对于介质运动 如图所示，设波源向着观察者O运动。因为波在介质中的传播速度与波源的运动无关，振动一旦从波源发出，它就在介质中以球面波的形式向四周传播，球心就在发生该振动时波源所在的位置。经过时间T，波源向前移动了一段距离νsT，显然下一个波面的球心向右移动了νsT距离。以后每个波面的球心都向右移动了νsT的距离，使得依次发出的波面都向右挤紧了，这就相对于通过观察者所在处的波的波长比原来缩短了νsT，即波长变为 λ’=λ-νsT 因此在单位时间内通过观察者的完整波的个数为 或 可见观察者接收的频率升高了，为原来频率的u/(u-νs)倍。 当波源S以速度νs背着观察者运动时，可以得到同样的结论，只是νs为负值。显然，O处观察者接收的频率降低了。 ④波源S和观察者O同时相对于介质运动 根据以上的讨论可知，改变频率的因素有两个：一个是波源S的移动使波长变为λ’=λ-νsT；一个是观察者O的移动，使波在单位时间内通过观察者O的总距离变为u+c，所以观察者O接收到的频率为 ν0：观察者向着波源运动时为正，观察者背着波源运动时为负； νs：波源向着观察者运动时为正，波源背着观察者运动时为负。 小结：波源与观察者相互接近时，就会产生频率升高的多普勒效应；波源与观察者彼此分离时，则会产生频率降低的多普勒效应。 说明：当波源向着观察者的运动速度超过波速时，根据计算公式可得频率小于零，此式失去意义。因为这时在任一时刻波源本身将超过它发出的波前，在波源的前方不可能有任何波动产生。飞机、炮弹等以超音速飞行时就是这种情况，地面上的人先看到飞机无声地掠过，然后才听到俞来俞大的轰轰巨响。当观察者以比波速大的速度背离波源时，根据公式，也将出现负的频率。其实，如果观察者前方已有波阵面在前进，他将追赶波阵面，好象波从迎面传来；否则，他就观测不到波源传出来的波动。 强调：在多普勒效应中，波源的频率是不变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。 三、多普勒效应的应用 多普勒效应是波动过程共有的特征.不仅是机械波，以后要学到的电磁波和光波，也会发生多普勒效应. .交通警察向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.1848年，法国物理学家斐索指出，注意谱线的位置能够取得观测光的多普勒效应的最佳效果.因此，人们把光的多普勒效应称为多普勒-斐索效应. 3、多普勒声纳（从地面上的参考系来追踪运动物体） 舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚无垠的大海上，如何准确的沿着既定的目标前进呢？多普勒声纳可以提供这种帮助.多普勒声纳是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速和计程的精密仪器. 测量流体的流动、振动体的振动和潜艇的速度； 4、多普勒超声诊断 我们以心脏病中的二尖瓣狭窄为例，说明其诊断原理.利用超声波的多普勒效应可以测定血流的速度，如果发现明显的血流异常，则可以诊断二尖瓣狭窄，确定异常血流的深度. 5、预测天气的雷达——多普勒雷达 、尼克斯