多譜勒效應(yīng)及應(yīng)用

《多譜勒效應(yīng)及應(yīng)用》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、簡介：多普勒效應(yīng)Dopplereffect水波的多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念奧地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論，主要內(nèi)容為：物體輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春陀^測者的相對運(yùn)動而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高（藍(lán)移blueshift）；在運(yùn)動的波源后面時，會產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低（紅移redshift）；波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)波紅（藍(lán)）移的程度，可以計(jì)算出波源循著觀測方向運(yùn)動的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星

2、循著觀測方向運(yùn)動的速度，除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現(xiàn)象都存在多普勒效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)：1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠(yuǎn)時汽笛聲變?nèi)?，音調(diào)變低。他對這個物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對運(yùn)動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因?yàn)?，聲源相對于觀測者在運(yùn)動時，觀測者所聽到的聲音會發(fā)生變化。當(dāng)聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調(diào)變得低沉，當(dāng)聲

3、源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應(yīng)”。原理：多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時接收頻率變低。當(dāng)觀察者移動時也能得到同樣的結(jié)論。但是由于缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，多普勒當(dāng)時沒有用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，幾年后有人請一隊(duì)小號手在平板車上演奏，再請訓(xùn)練有素的音樂家用耳朵來辨別音調(diào)的變化，以驗(yàn)證該效應(yīng)。假設(shè)原有波源的波長為λ，波速為c，觀察者移動速度為v：當(dāng)觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為（c+v）/λ，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，則觀察到的波源頻率為

4、（c-v）/λ。一個常被使用的例子是火車的汽笛聲，當(dāng)火車接近觀察者時，其汽鳴聲會比平常更刺耳.你可以在火車經(jīng)過時聽出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車的警報聲和賽車的發(fā)動機(jī)聲。如果把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個脈沖，那么在你之前的每一個脈沖都比你站立不動時更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來不動時遠(yuǎn)了一步?；蛘哒f，在你之前的脈沖頻率比平常變高，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了。產(chǎn)生原因：聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者

5、聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的。當(dāng)波源和觀察者有相對運(yùn)動時，觀察者接收到的頻率會改變．在單位時間內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大．同樣的道理，當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減小．適用：多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括電磁波?？茖W(xué)家愛德文·哈勃（EdwinHubble）使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。他發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低，即移向光譜的紅端，稱為紅移，天體離開銀河系的速度越快紅移越大，這說明這些天體在遠(yuǎn)

6、離銀河系。反之，如果天體正移向銀河系，則光線會發(fā)生藍(lán)移。在移動通信中，當(dāng)移動臺移向基站時，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時，??多普勒效應(yīng)（來自EVE-online））頻率變低，所以我們在移動通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。當(dāng)然，由于日常生活中，我們移動速度的局限，不可能會帶來十分大的頻率偏移，但是這不可否認(rèn)地會給移動通信帶來影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問題，我們不得不在技術(shù)上加以各種考慮。也加大了移動通信的復(fù)雜性。在單色的情況下，我們的眼睛感知的顏色可以解釋為光波振動的頻率，或者解釋為，在1秒鐘內(nèi)電磁場所交替為變化的次數(shù)。在可見區(qū)域，這種頻率越低，就越趨向于紅色，頻

7、率越高的，就趨向于藍(lán)色——紫色。比如，由氦——氖激光所產(chǎn)生的鮮紅色對應(yīng)的頻率為4.74×10^14赫茲，而汞燈的紫色對應(yīng)的頻率則在7×10^14赫茲以上。這個原則同樣適用于聲波：聲音的高低的感覺對應(yīng)于聲音對耳朵的鼓膜施加壓力的振動頻率（高頻聲音尖厲，低頻聲音低沉）。如果波源是固定不動的，不動的接收者所接收的波的振動與波源發(fā)射的波的節(jié)奏相同：發(fā)射頻率等于接收頻率。如果波源相對于接收者來說是移動的，比如相互遠(yuǎn)離，那么情況就不一樣了。相對于接收者來說，波源產(chǎn)生的兩個波峰之間的距離拉長了，因此兩上波峰到達(dá)接收者所用的時間也變長了。那么到達(dá)接收者時頻率降低，所感知的顏色向

8、紅色移動（如果波源向接收