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      多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用

      時間: 若木631 分享

      多普勒效應(yīng)在生活中的應(yīng)用

        剛從初中升上高中的學(xué)生普遍不能一下子適應(yīng)過來,都覺得高一物理難學(xué),特別是對意志品質(zhì)薄弱和學(xué)習(xí)方法不妥的那部分學(xué)生。下面小編和大家擴(kuò)展一下高中物理知識難點:多普勒現(xiàn)象在現(xiàn)實中的應(yīng)用

        一、聲波的多普勒效應(yīng)

        在日常生活中,我們都會有這種經(jīng)驗:

        當(dāng)一列鳴著汽笛的火車經(jīng)過某觀察者時,他會發(fā)現(xiàn)火車汽笛的聲調(diào)由高變低. 為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象呢?這是因為聲調(diào)的高低是由聲波振動頻率的不同決定的,如果頻率高,聲調(diào)聽起來就高;反之聲調(diào)聽起來就低.這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng),它是用發(fā)現(xiàn)者克里斯蒂安·多普勒(ChristianDoppler,1803-1853)的名字命名的,多普勒是奧地利物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家.他于1842年首先發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng).為了理解這一現(xiàn)象,就需要考察火車以恒定速度駛近時,汽笛發(fā)出的聲波在傳播時的規(guī)律.其結(jié)果是聲波的波長縮短,好象波被壓縮了.因此,在一定時間間隔內(nèi)傳播的波數(shù)就增加了,這就是觀察者為什么會感受到聲調(diào)變高的原因;相反,當(dāng)火車駛向遠(yuǎn)方時,聲波的波長變大,好象波被拉伸了. 因此,聲音聽起來就顯得低沉.定量分析得到f1=(u+v0)/(u-vs)f ,其中vs為波源相對于介質(zhì)的速度,v0為觀察者相對于介質(zhì)的速度,f表示波源的固有頻率,u表示波在靜止介質(zhì)中的傳播速度. 當(dāng)觀察者朝波源運動時,v0取正號;當(dāng)觀察者背離波源(即順著波源)運動時,v0取負(fù)號. 當(dāng)波源朝觀察者運動時vs前面取負(fù)號;前波源背離觀察者運動時vs取正號. 從上式易知,當(dāng)觀察者與聲源相互靠近時,f1>f ;當(dāng)觀察者與聲源相互遠(yuǎn)離時。f1

        二、光波的多普勒效應(yīng)

        具有波動性的光也會出現(xiàn)這種效應(yīng),它又被稱為多普勒-斐索效應(yīng). 因為法國物理學(xué)家斐索(1819-1896)于1848年獨立地對來自恒星的波長偏移做了解釋,指出了利用這種效應(yīng)測量恒星相對速度的辦法.光波與聲波的不同之處在于,光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化. 如果恒星遠(yuǎn)離我們而去,則光的譜線就向紅光方向移動,稱為紅移;如果恒星朝向我們運動,光的譜線就向紫光方向移動,稱為藍(lán)移.

        三、光的多普勒效應(yīng)的應(yīng)用

        20世紀(jì)20年代,美國天文學(xué)家斯萊弗在研究遠(yuǎn)處的旋渦星云發(fā)出的光譜時,首先發(fā)現(xiàn)了光譜的紅移,認(rèn)識到了旋渦星云正快速遠(yuǎn)離地球而去.1929年哈勃根據(jù)光普紅移總結(jié)出著名的哈勃定律:星系的遠(yuǎn)離速度v與距地球的距離r成正比,即v=Hr,H為哈勃常數(shù).根據(jù)哈勃定律和后來更多天體紅移的測定,人們相信宇宙在長時間內(nèi)一直在膨脹,物質(zhì)密度一直在變小. 由此推知,宇宙結(jié)構(gòu)在某一時刻前是不存在的,它只能是演化的產(chǎn)物. 因而1948年伽莫夫(G. Gamow)和他的同事們提出大爆炸宇宙模型. 20世紀(jì)60年代以來,大爆炸宇宙模型逐漸被廣泛接受,以致被天文學(xué)家稱為宇宙的"標(biāo)準(zhǔn)模型" .

        多普勒-斐索效應(yīng)使人們對距地球任意遠(yuǎn)的天體的運動的研究成為可能,這只要分析一下接收到的光的頻譜就行了. 1868年,英國天文學(xué)家W. 哈金斯用這種辦法測量了天狼星的視向速度(即物體遠(yuǎn)離我們而去的速度),得出了46 km/s的速度值 。

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