大学物理之多普勒效应.pptx

斯琴·约翰·多普勒(Christian Johann Doppler)
1803年11月29日,多普勒出生于奥地利的萨尔茨
堡 (Salzburg)。
1822 年他开始在维也纳工学院学。1825 年多普勒以优异的
成绩毕业。在这之后他又去维也纳大学学习了高
等数学,力学和天文学。
1829 年在维也纳大学学习结束的时候,他被任命
为高等数学和力学教授助理,他在大学四年期间发
表了四篇数学论文。1841年,他正式成为理工学院
的数学教授。
1842年,他在文章"On the Colored Light of
Double
Stars" 提出“多普勒效应”(Doppler Effect),因
而闻名于世。
1850年,他获委任为维也纳大学物理学院的
第一任院长,可惜的是三年后他便在在意
大利威尼斯去世,年仅四十九岁。
多普勒效应的发现
1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天,他正路过铁路交叉处,恰逢一列火车从他身旁驰过,他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变尖,而火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低。
他对这个物理现象感到极大兴趣,并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动,使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。
因为,声源相对于观测者在运动时,观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时,声波的波长增加,音调变得低沉,当声源接近观测者时,声波的波长减小,音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大,改变就越显著,后人把它称为“多普勒效应”。
多普勒推导出当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的波频会改变。
他试图用这个原理来解释双星的颜色变化。虽然多普勒误将光波当作纵波,但多普勒效应这个结论却是正确的。多普勒效应对双星的颜色只有些微的影响,在那个时代,根本没有仪器能够量度出那些变化。
不过,从1845年开始,便有人利用声波来进行实验。他们让一些乐手在火车上奏出乐音,请另一些乐手在月台上写下火车逐渐接近和离开时听到的音高。实验结果支持多普勒效应的存在。
物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高(蓝移blue shift);当运动在波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低(红移red shift)。波源的速度越高,所产生的效应越大。根据波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
所有波动现象都存在多普勒效应。
简介
多普勒效应的原理
多普勒效应指出,波在波源移向观察者时接收频率变高,而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备,多普勒当时没有用实验验证。
产生原因: 声源完成一次全振动,向外发出一个波长的波,频率表示单位时间内完成的全振动的次数,因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数,而观察者听到的声音的音调,是由观察者接受到的频率,即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的频率会改变。在单位时间内,观察者接收到的完全波的个数增多,即接收到的频率增大。同样的道理,当观察者远离波源,