大学物理论文-浅谈多普勒效应.doc

大学物理论文-浅谈多普勒效应.doc浅谈多普勒效应
摘要：本文从多普勒效应的基本原理出发，结合声波中的具体 实例，并写出了自己的一些浅显认识。之后，介绍了多普勒效应在 天文学、医学和公共交通方面的应用。最后，发散地想了原理变化 后的一些现象，简要说了冲击波、马赫锥的相关内容。
引言：在生活中，我们常常遇到波源与观测者发生相对运动的 情形，如站在铁路旁听着高速行驶的列车拉着响笛飞驰而过，此时 你会感觉到响笛音调的明显变化，这就是人们常说的多普勒效应。 那么，出现这种情况的原因是什么呢？关于多普勒效应可以建哪些 模型进行研究呢？下面让我们简单来了解一下多普勒效应。
关键词：多普勒效应、应用、冲击波、马赫锥。
一、多普勒效应基本原理
首先，先来让我们以声波为例具体分析一下多普勒效应的三种 情况。
物理量的定义：设波源为S,观察者相对介质的运动速度是Vo, 波源相对介质的运动速度是Vs，声波在介质中的传播速度为u,波源 的频率、波的频率、观察者收到的频率分别是八
（一）、波源相对介质静止，观测者相对介质运动
此时，当观测者靠近波源沿直线（这样研究较简便）运动时， 他在一定时间内接收到的完整的波长必定要增加，这好比雨水迎面 打来，我们顶着雨跑，单位时间内会淋更多的雨水。在单位时间内, 他接受的波的总长度为u+vo,而此时，该波在介质中传播的频率是 不变的，与波源振动频率相同，同为厂所以在单位时间内观测者 所接受到的完整波的数目是：
所以此时观测者会感觉音调变高了。
（二） 观察者相对介质静止，波源相对介质运动
当波源向着观察者运动时，波源每次完整震动后都发出一次脉 冲，设初始时刻发出一次脉冲，而在一个周期后，该波源又会发出 一次脉冲，但波源的位置在哪里呢？显然发生了变化，距离观察者 近了VsT。这样，经过多个周期从整体上看，波源前面（即距观察者 近一边）的脉冲密集了，波源后面（即距观察者远的一面）的脉冲 稀疏了，量化来看就是波长发生了变化，由原来的久变为
' Y
由于观察者静止，所以观察者受到的频率就是介质中波的频率, 即
.U U 1
v = = =
/ U-Vs
U
由上式可知此时观察者收听到的频率较高。
（三） 波源与观察者同时运动
根据上述讨论，使得观察者接收到的频率不同于波源频率的原 因有两个：一是观察者的运动，使波在单位时间内通过观察者的总 距离变为“+仏；二是波源的运动使介质中的波长变为
所以观察者接收到的声波频率为/ = 4八
U~Vs
（四）、多普勒效应的简单理解
如果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，便发射了一个脉冲，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。而在你后面的声源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。
二、多普勒效应的应用
（一） 、天文学
我们应该知道，宇宙中的天体是有它们特有的光谱的。科学家 爱德文•哈勃通过研究光谱，使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的 结论：他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱 的红端，称为红移，天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明 这些天体在远离银河系。反之，如果天体正移向银河系，则光线会 发生蓝移。
（二） 、医学
我们知