文档介绍：浅谈浅谈多普勒效应多普勒效应一、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,它是发现者克里斯蒂安· 多普勒( Christian Doppler,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 ,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,f 1>f;当观察者与声源相互远离时。 f1<f 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,: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. Gamut )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 .光的多普勒效应在经典物理学中,如果波源和观察者之间有相对运动,那么观察者接收到的频率和波源的频率就不相同了,这种现象叫做多普勒效应。相对运动必须区别为:( 1 )波源运动,接收器静止;(2 )波源静止,接收器运动,两种基本情况,由波源、媒质、接收器三者间状态决定。对于光波来说,从相对论的观点看来,以太作为具有弹性的传播光波的力学媒质的观点是不存在的,因而在两种情况之间不应有任何差别。一光源在惯性系中以速度作匀速运动,它相对于原点处的观察者的瞬间径向速度分量为,和光源一道运动的观察者测得相继的两光波波峰的时间间隔为。在这段时间内,光源和的距离增加了(考虑了时间膨胀),因而由观测到的波峰的时间间隔是于是得到频率变换式( 为光源固有频率, 为系中接收器接收光脉冲信号的频率。) 当光源作纯粹径向运动时, ,得(离而去) (向运动) 设光线的反方向和系的轴的夹角为,令,代入频率变换式得到这就是多普勒效应的相对论公式。在相对论范围内,存在着所谓横向多普勒效应,也就是当相对速度的方向与观测方向垂直时,频率发生了变化。当然,这完全是由时间膨胀引起的。这里又提供了一种证明自然界存在时间膨胀的方法。多普勒效应不仅适用于声波,同样也适用于光波。当光源快速朝着我们运动时,它所发射的光会发生“蓝移”,频率增大;反之,当光源离我们而去时,它所发射的光会发生“红移”,频率减小。天文学家常常反过来利用多普勒效应:把某个恒星发的光谱与正常的光谱相比较,如果光谱线“蓝移”,则说明这个恒星正向着我们而来;如果光谱线“红移”,则说明这个恒星背离我们而去。而且根据“蓝移”和“红移”量的大小还可以估算出该恒星的运动速度。 1 929 年美国天文学家哈勃发现,河外星系普遍