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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍多普勒效应及应用
2
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍奥地利物理学家,
他于 1842年第一次论证了相互转动的双星系统所发射的光的频率的微小变化，继而又讨论了声源与观察者之间相对运动时，观察者所接收的声波频率的变化,
C.DOppler,1803— 1853多 普 勒
3
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍如果波源或观察者或两者都相对于介质运动,那么观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同,
这种现象叫做 多普勒效应,
4
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍多普勒效应最常见的实例：
当火车通过时汽笛声的变化,
5
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍一 波源不动,观察者相对介质以速度 运动
观察者向着波源运动时波速,,内波传播的距离,
u td
tud S P
u
td0v tud
0v
如图,一观察者在点 P 向着波源 S运动,速度为,则 时间内观察者移动的距离为
0v
td td0v
0v
6
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍在 距离内的波都被观察者所接收又为介质中的波长：
t)d0v(u?
b /)0v(u
b?
bb u /?
b
即 )/1(]/)[
00 uu vv(u
S P
u
td0v tud
0v
)/1( 0 uv
7
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
观察者远离波源运动时当观察者向着静止波源运动时，观察者接收到的声波频率 高于,
S P
td0v
tud0v
设观察者在点 P 远离波源 S运动,速度仍为,则 时间内观察者移动的距离为
0v td0vtd
8
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
S P
td0v
tud0v
观察者接收到了在 距离内的波又即
t)d0v(u?
b /)0v(u /ub?
)/1(]/)[ 00 uu vv(u
)/1( 0 uv
当观察者远离静止波源运动时，观察者接收到的声波频率 低于,
9
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍二 观察者不动,波源相对介质以速度 运动
波源向着观察者 A运动时
sv
波速：
波长：
u
uT
A
u
Tsv
1S 2S
波源向 A运动速度,一周期 T内波源移动
sv b?
被观察者接收到的介质中的波长为：
/)()( sssb vvv uTuT
10
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍当波源向着静止的观察者运动时，观察者接收到的声波频率高于波源的频率,
/)( sb v?u
介质中的频率为：
)]/([/ sbb v uuu
即 )]/([
sv uu
A
u
Tsv
1S 2S
11
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
波源远离观察者运动时如果波源远离观察者运动，观察者接收到的声波频率低于波源的频率,
A
u
u
2S
1S
Tsv
通过类似分析,可知即
/)()( sssb vvv uTuT
)]/([ sv uu
12
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍例 一辆救护车以 25 m·s-1 的速度在静止的空气中行驶，假设车上鸣笛的频率为
800 Hz,求：静止站在路边的人听到救护车驶近和离去时的鸣笛声波的频率,
（设空气中声速 330 m·s-1,）
-1s sm25v
Hz800
13
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍救护车驶近 时,运用公式：解
)]/([ sv uu
得,
Hz6.865800)305/330(
800)]25330/(330[
-1s sm25v
Hz800
14
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍当 救护车离去 时
Hz7.7 34
8 00)3 55/3 30(
8 00)]253 30/(3 30[
)]/([
s
vuu
-1s sm25v
Hz800
15
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍思考题,波源向着观察者运动和观察者向着波源运动，都会产生频率增高的多普勒效应,同样，远离时都会产生频率降低的多普勒效应，
这两种情况有何区别?
16
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍所以，两者同时相对介质运动时三 波源和观察者同时相对介质运动已知：波源静止，观察者运动观察者静止，波源运动注：正负号的取舍与前面相同则
]/)[( uu 0v
则
)]/([ sv?uu
]/()[( svv 0?uu
17
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍由上可知，不论是波源运动，还是观察者运动，或是两者同时运动，定性地说，
只要两者互相接近，接收到的频率就高于原来波源的频率；两者互相远离，接收到的频率就低于原来波源的频率,
18
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍这个圆锥面上，波的能量已被高度集中，容易造成巨大的破坏，这种波称为 冲击波 或 激波,
如果波源向着观察者运动的速度大于波速
(即 )，那么在这种情况下，急速运动着的波源前方不可能有任何波动产生，所有波前将被积压而聚集在一圆锥面上，如图
uv?s
19
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之一：多普勒声纳舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚无垠的大海上，如何准确的沿着既定的目标前进呢？
多普勒声纳可以提供这种帮助,
多普勒声纳是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速和计程的精密仪器,
20
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍多普勒声纳一般安装在船体底部，由一个发射器和一个接收器组成，如图中 O 点,
此时，船上接收器接收到的频率为：
P
O船底
a
多普勒声纳原理简介
v
)]c o s/()c o s[(0 vv uu
21
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍一般还在同一位置安装一对向后的发射器和接收器，此时它收到的频率为：
P
O船底
a
v
由此可得：
当 /uv )( c o s4 0 α 60?
0/2uv
)]co s/()co s[(0' vv uu
22
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之二：多普勒超声诊断探头皮肤声靶我们以心脏病中的二尖瓣狭窄为例，说明其诊断原理,利用超声波的多普勒效应可以测定血流的速度，如果发现明显的血流异常，则可以诊断二尖瓣狭窄，确定异常血流的深度,
23
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍光也存在多普勒效应，但是涉及 狭义相对论的相对性 原理和 光速不变 原理，较复杂,
在此我们仅作简单介绍,由相对论可得：
注意：以上两公式对电磁波同样适用。
波源背离观测者运动，有波源朝着观测者运动，有其中 为波源的速度
2/10 ])c()/c[( vv
2/10 ])c()/c[( vv
v
24
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
1848年，法国物理学家斐索指出，注意谱线的位置能够取得观测光的多普勒效应的最佳效果,因此，
人们把光的多普勒效应称为多普勒 -斐索效应,
应用之三：光谱线的红移 —— 宇宙膨胀学说的理论基础多普勒-
斐索效应
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之四：监测车辆的速度 （电磁波的多普勒效应）
公路上用于监测车辆速度的监测器，由微波雷达发射器、探测器及数据处理系统等组成,
2/10 ])c()/c[( vv
可以设想，当监测雷达发射频率为 的微波被速度 向其运动的车辆所接收后，微波频率变化为,即
0?
v
26
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍然后，微波从运动的汽车上被反射回去,
从监测器处所测得的反射波的频率为,即
])c()/c[(
])c()/c[(
0
2/1
vv
vv
所以，频率差为
c/2)c(2 000 vv
如根据交通管理条例对汽车最高速率限制为,那么拍频的最大值 是：
mv m
0mm )c/(2 v?
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之五：预测天气的雷达 —— 多普勒雷达,
尼克斯雷达 （电磁波的多普勒效应）
尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、
雪进行探测的的一种新型雷达,
因为，雨滴和雪花运动方式不同，雷达反射回的波频率也不同,根据雷达接收反射回来的无线电波的频率，就可以分析出风、雨、
雪花的运动情况,利用多普勒效应，可以确定风暴是不是向这个方向刮来，并且能判定速度的大小,
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍多普勒效应及应用
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍奥地利物理学家,
他于 1842年第一次论证了相互转动的双星系统所发射的光的频率的微小变化，继而又讨论了声源与观察者之间相对运动时，观察者所接收的声波频率的变化,
C.DOppler,1803— 1853多 普 勒
3
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍如果波源或观察者或两者都相对于介质运动,那么观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同,
这种现象叫做 多普勒效应,
4
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍多普勒效应最常见的实例：
当火车通过时汽笛声的变化,
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍一 波源不动,观察者相对介质以速度 运动
观察者向着波源运动时波速,,内波传播的距离,
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍在 距离内的波都被观察者所接收又为介质中的波长：
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
观察者远离波源运动时当观察者向着静止波源运动时，观察者接收到的声波频率 高于,
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍二 观察者不动,波源相对介质以速度 运动
波源向着观察者 A运动时
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波源向 A运动速度,一周期 T内波源移动
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍当波源向着静止的观察者运动时，观察者接收到的声波频率高于波源的频率,
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
波源远离观察者运动时如果波源远离观察者运动，观察者接收到的声波频率低于波源的频率,
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍例 一辆救护车以 25 m·s-1 的速度在静止的空气中行驶，假设车上鸣笛的频率为
800 Hz,求：静止站在路边的人听到救护车驶近和离去时的鸣笛声波的频率,
（设空气中声速 330 m·s-1,）
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍救护车驶近 时,运用公式：解
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍当 救护车离去 时
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍思考题,波源向着观察者运动和观察者向着波源运动，都会产生频率增高的多普勒效应,同样，远离时都会产生频率降低的多普勒效应，
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16
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍所以，两者同时相对介质运动时三 波源和观察者同时相对介质运动已知：波源静止，观察者运动观察者静止，波源运动注：正负号的取舍与前面相同则
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍由上可知，不论是波源运动，还是观察者运动，或是两者同时运动，定性地说，
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18
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍这个圆锥面上，波的能量已被高度集中，容易造成巨大的破坏，这种波称为 冲击波 或 激波,
如果波源向着观察者运动的速度大于波速
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之一：多普勒声纳舰艇、油轮、货船行驶在浩瀚无垠的大海上，如何准确的沿着既定的目标前进呢？
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多普勒声纳是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速和计程的精密仪器,
20
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍多普勒声纳一般安装在船体底部，由一个发射器和一个接收器组成，如图中 O 点,
此时，船上接收器接收到的频率为：
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多普勒声纳原理简介
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍一般还在同一位置安装一对向后的发射器和接收器，此时它收到的频率为：
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之二：多普勒超声诊断探头皮肤声靶我们以心脏病中的二尖瓣狭窄为例，说明其诊断原理,利用超声波的多普勒效应可以测定血流的速度，如果发现明显的血流异常，则可以诊断二尖瓣狭窄，确定异常血流的深度,
23
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍光也存在多普勒效应，但是涉及 狭义相对论的相对性 原理和 光速不变 原理，较复杂,
在此我们仅作简单介绍,由相对论可得：
注意：以上两公式对电磁波同样适用。
波源背离观测者运动，有波源朝着观测者运动，有其中 为波源的速度
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍
1848年，法国物理学家斐索指出，注意谱线的位置能够取得观测光的多普勒效应的最佳效果,因此，
人们把光的多普勒效应称为多普勒 -斐索效应,
应用之三：光谱线的红移 —— 宇宙膨胀学说的理论基础多普勒-
斐索效应
25
多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之四：监测车辆的速度 （电磁波的多普勒效应）
公路上用于监测车辆速度的监测器，由微波雷达发射器、探测器及数据处理系统等组成,
2/10 ])c()/c[( vv
可以设想，当监测雷达发射频率为 的微波被速度 向其运动的车辆所接收后，微波频率变化为,即
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍然后，微波从运动的汽车上被反射回去,
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多普勒效应及应用物理学 第五版物理学应用介绍应用之五：预测天气的雷达 —— 多普勒雷达,
尼克斯雷达 （电磁波的多普勒效应）
尼克斯雷达是采用多普勒效应对风、雨、
雪进行探测的的一种新型雷达,
因为，雨滴和雪花运动方式不同，雷达反射回的波频率也不同,根据雷达接收反射回来的无线电波的频率，就可以分析出风、雨、
雪花的运动情况,利用多普勒效应，可以确定风暴是不是向这个方向刮来，并且能判定速度的大小,
