多普勒效应是什么(多普勒效应是什么内容什么关系)


一、什么是波长和频率呢?

波长和频率是波特有的性质。波的种类很广,包括电磁波(γ射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波等)、声波(超声波、可闻声波、次声波)、地震波、水波等等。虽然形式各不一样,但均有波长和频率,并遵循一条重要的规律:对于同一种波,波长乘以频率等于波的传播速度。比如电磁波,它的传播速度等于光速,所有的电磁波的波长乘以频率都等于光速。在介质一定的情况下,光速为定值,那么对于所有的电磁波来说,它的波长越长,则频率越小,即成反比例关系。考试中经常对此进行考查,比如紫外线的波长短,频率大,而红外线的波长长,频率低。

二、多普勒效应的原理到底什么呢?

对于一种特定的波,它的波长和频率一般是不会变化的,因此才能对比不同波的波长和频率,而多普勒效应恰恰是描述特定的波的波长和频率发生了变化的现象。

以声波举例,音调的高低,和声音的频率是直接相关的,频率越高,音调越高,频率越低,音调越低。可以参考下方的图片,当有救护车匀速向右行驶,同时保持警笛鸣响时,开车的司机不会听到警笛音调有变化。对图中右侧的男士来说,救护车向他驶来时,他所听到的警笛声会比司机听到音调略高,因为警笛声的频率对于他来说变大了;对图中左侧的女士来说,救护车离她而去,她所听到的警笛声会比司机听到音调略低,因为警笛声的频率对她来说变小了。频率为什么会发生变化?因为波源(救护车)和接受者之间存在相对运动,从而导致波的波长和频率发生变化,这就是多普勒效应。但需要注意的是,改变后的波,其波长和频率仍然是成反比的。

科普一下神奇的多普勒效应!你知道什么是多普勒效应么?

之前讨论的大多数情况,波长和频率都是不变的,是因为波源和接收者相对静止。

当两者之间相对运动时,多普勒效应就出现了。波的波长和频率会因相对运动的方向和速度发生相应的变化,波的接收者就可以根据波长和频率的变化,计算出波源相对接收者的运动速度和方向。

三、多普勒效应是被谁发现的呢?

多普勒效应的命名是为纪念奥地利物理学克里斯琴•约翰•多普勒。他观察到火车驶入站台时鸣笛的音调会逐渐变化的现象,并研究总结得出了多普勒效应。现代的科学在经过进一步研究,已经证实了多普勒勒效应对所有的波都有效,包括电磁波、声波、地震波、水波等等,因此其应用也极为广泛。

四、多普勒效应有什么应用呢?

(1)雷达

传统的雷达又叫多普勒雷达。通过发射电磁波并接收反射波,可以测出敌机相对雷达的运动速度和方向。二战中英国最早掌握了雷达技术,用于探测空袭的德军飞机的速度和方向。同样,日常生活中的雷达测速,也应用了多普勒效应。

(2)彩超

医学上使用的彩超,通过发射超声波,检测到血液相对于探头的相对运动,通过检测回波的频率变化,经计算机数据处理生成图像。

(3)无线电近炸引信

军事上应用的无线电近炸引信在靠近地面一定距离时而非碰撞地面时自动爆炸,可大大提高弹片的散布范围,提高炮弹的杀伤半径。其原理是引信内置无线电发射源,不间断发射无线电并接收地面反射回波。因为多普勒效应,反射波频率会随着距地面高度降低而提高,一旦达到预设频率数值则自动爆炸。二战美军通过应用无线电近炸引信,大大提高了防空炮弹击落敌机的概率。

(4)宇宙大爆炸理论的证实

天文学家们在观测恒星时发现其光谱总是异常地偏向红光区域,即红移现象。波长的改变证明了恒星相对地球在运动中,且其方向为远离地球,从而确定了宇宙是在不断膨胀的,证实了宇宙大爆炸理论。

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