激光測速與測距技術(shù)

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1、1思考與討論當(dāng)奔馳的列車向你駛來，并經(jīng)過你的身旁，而后又離開你駛向遠(yuǎn)方，在這一過程中，你有沒有注意到你耳朵中聽到的列車的鳴笛聲有什么特殊的現(xiàn)象？2生活中的特殊現(xiàn)象列車靠近時(shí)，鳴笛聲越來越尖銳；列車遠(yuǎn)離時(shí)，鳴笛聲越來越低吟。是不是列車的擴(kuò)音器的頻率本身發(fā)生了變化？3生活中的特殊現(xiàn)象汽車駛近時(shí)，行駛的聲音越來越尖銳；汽車遠(yuǎn)離時(shí)，行駛的聲音越來越低吟。是不是汽車行駛的聲音的頻率本身也發(fā)生了變化？4生活中的特殊現(xiàn)象飛機(jī)飛近時(shí)，轟鳴聲越來越尖銳；飛機(jī)飛遠(yuǎn)時(shí)，轟鳴聲越來嘶啞。是不是飛機(jī)的轟鳴聲的頻率本身也發(fā)生了變化？56.1多普勒效應(yīng)6多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

2、9多普勒效應(yīng)模擬1、觀察者靜止不動(dòng)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個(gè)人經(jīng)過。v測2、當(dāng)觀察者逆著隊(duì)伍行走時(shí)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個(gè)人經(jīng)過。v測v測=03、當(dāng)觀察者與隊(duì)伍同向行走且速度比隊(duì)伍的小時(shí)，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個(gè)人經(jīng)過。10多普勒效應(yīng)的成因1、聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)。2、觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是觀察者接收到的頻率，即單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。3、由于相對運(yùn)動(dòng)，聲源的頻率沒有變

3、化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化。11單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出幾個(gè)完全波，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)就接收到幾個(gè)完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。1、波源和觀察者沒有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)多普勒效應(yīng)的成因2、觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，即接收到的頻率增大。3、觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的頻率減少。12觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到的頻率增大。觀察者感到波變得稀疏，即波長增大，接收到的頻率減少。1、波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)2、波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)多普勒效應(yīng)的成因131

4、、當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。2、在觀察者運(yùn)動(dòng)的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于觀測到的波的速度發(fā)生改變（波的波長不變）。3、在波源運(yùn)動(dòng)的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于觀測到的波的波長發(fā)生改變（波的速度不變）。多普勒效應(yīng)1415v0vs0s波源的振動(dòng)頻率n觀察者測得的頻率nul一、波源和觀察者相對于介質(zhì)靜止兩個(gè)相鄰等相位面之間的距離是一個(gè)波長lTuun觀察者所接收的頻率取決于單位時(shí)間內(nèi)接收到波長的個(gè)數(shù)此時(shí)，波的頻率即為波源的頻率。1516

5、二、波源相對于介質(zhì)不動(dòng)，觀察者相對于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)1.觀察者向波源運(yùn)動(dòng)vvs0sul波源的振動(dòng)頻率n觀察者測得的頻率n由此可見，觀察者所接收的頻率大于波源的頻率16172.觀察者以Vo離開波源運(yùn)動(dòng)由此可見，觀察者所接收的頻率小于波源的頻率總之，波源靜止，觀察者以速率Vo運(yùn)動(dòng)時(shí)1718三、觀察者不動(dòng)，波源相對于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)1.波源向觀察者運(yùn)動(dòng)假定在t時(shí)刻，波源處于S點(diǎn)處，經(jīng)一個(gè)周期T后，波傳播到D點(diǎn)，波源運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。CSDOv0vssuvsTvsTvsTvsTllll波源的振動(dòng)頻率n觀察者測得的頻率n1819CSDO由此看見，觀察者所接收到的頻率升高

6、2.波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)SCDO1920由此看見，觀察者所接收到的頻率降低四、波源和觀察者都相對于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)即波源運(yùn)動(dòng)等效于波長的變化觀察者運(yùn)動(dòng)等效于波速的變化SCDO2021波源和觀察者相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，前取正號(hào)，前為負(fù)號(hào)；波源和觀察者相反運(yùn)動(dòng)時(shí)，前取正號(hào)，前為負(fù)號(hào)頻率改變的原因：在觀察者運(yùn)動(dòng)的情況下，頻率改變是由于觀察者觀測到的波數(shù)增加或減少；在波源運(yùn)動(dòng)的情況下，頻率改變是由于波長的縮短或伸長。211）觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)2）觀察者離波源運(yùn)動(dòng)1、波源不動(dòng)，觀察者相對波源運(yùn)動(dòng)多普勒效應(yīng)中觀測頻率的計(jì)算2、觀察者不動(dòng)，波源相對觀察者運(yùn)動(dòng)1）波源朝觀察者

7、運(yùn)動(dòng)2）波源離觀察者運(yùn)動(dòng)22多普勒效應(yīng)是波動(dòng)過程共有的特征，一切波（如電磁波和光波）都能發(fā)生多普勒效應(yīng)。應(yīng)用1、雷達(dá)測速儀：交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)射一個(gè)已知頻率的電磁波（通常是紅外線），波被運(yùn)動(dòng)的汽車反射回來時(shí)，接收到的頻率發(fā)生變化，由此可指示汽車的速度。多普勒效應(yīng)的應(yīng)用23應(yīng)用2、有經(jīng)驗(yàn)的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運(yùn)動(dòng)方向和快慢；有經(jīng)驗(yàn)的戰(zhàn)士可以從炮彈飛行時(shí)的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠(yuǎn)去。應(yīng)用3、用多普勒效應(yīng)測量其它星系向著還是遠(yuǎn)離地球運(yùn)動(dòng)的速率。宇宙中的星球都在不停地運(yùn)動(dòng)．測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后跟地

8、球上這些元素靜止時(shí)發(fā)光的頻率對照，就可以算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。應(yīng)用4、臨床上應(yīng)用：彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反