文档介绍：用计算机验证声波多普勒效应
杨迅陈鹏飞梁达昌陈钰冰何凯锐
关键字:多普勒效应 cooledit 计算机蜂鸣器频率测量
一、引言
1842年奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时注意到, 站在铁路旁边听到火车的汽笛声, 发现当列车迎面而来时音调较静止时高, 而列车迅速离去时音调较静止时低, 此外, 若声源静止而观察者运动, 或者声源和观察者都运动, 也会发生收听频率和声源频率不一致的现象, 这种现象称为多普勒效应。多普勒效应不仅仅适用于声波,也适用于所以类型的波,包括电磁波。多普勒效应规律的探究,可以分为三种情况:
(1)当波源和观察者都与波的传播速度同向
运动时(如图所示),这几个波分布的距离为
相当于波长变为λ'=(v vS)t,v-vSnt=v-vS
vλ。
vL。则观察者接收到的频率为此时,相对于观察者的速度为v
f'=v-vL=(v-vL)v
(v-vS)λ=v-vLv-vSfλ'
(2)同理,当波源和观察者都与波速反向时
(如图所示),观察者接受到的频率为
f'=v+vL
v+vSf
(3)当波源的速度与波的传播速度同向,而
观察者的速度与波的传播速度相反时(如图所
示),这n个波分布的距离为(v-vS)t,相当于波长变为λ'=v-vL
nt=v-vS
vλ。此时,
波相对于观
察者接收到的频率为
f'=v+vL=v+vL
(v-vS)λ=v+vLv-vSfλ'
(4)同理,当波源的速度与波的速度相反,
而观察者的速度与波的传播速度相同时(如图
所示),观察者接收到的频率为
f'=v-vL
v+vSf
自1842年奥地利科学家多普勒发现“多普勒效应”至今,多普勒效应已广泛应用于生活中的多个领域。
在交通方面,利用多普勒效应可以测量车辆行驶速度。交通警察向行进中的车辆发射频率已知的电磁波,通常是红外线,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。装有多普勒测速仪
的警车就停在公路旁,在测速的同时把车牌号码拍摄下来,并把测得的速度自动打印在照片上。
多普勒效应应用在医学上,可以用超声波来测定血流速度。医生向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血流反射后又被仪器接受,测出反射波频率的变化,就能知道血流的方向和速度,这种方法俗称“彩超”,可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。
在天文学方面,科学家通过测量星球某些元素发出光波的“红移”、“紫移”现象,算出星球远离或靠近的速度。当光源与接收器相向运动时,接收频率变大,波长变短,这种现象称为“紫移”;当光源与接收器背向运动时,接受频率变小,波长变长,这种现象成为“红移”。天文学家将来自星球的光谱与地球上相同元素的光谱进行比较,发现星球的光谱几乎都发生红移,这说明星球都正在远离地球四面八方飞出。这一观察结果成为宇宙“大爆炸”理论的重要证据。
多普勒效应在生活中普遍存在并被广泛应用,因此