多普勒效應(yīng)(修改）.doc

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1、多普勒效應(yīng)湖北劉毅李紹林在日常生活中，你是否會有這樣的發(fā)現(xiàn)：當一列鳴著汽笛的火車駛向我們時，火車汽笛的音調(diào)逐漸變高，而當火車遠離我們，駛向遠方時，汽笛的音調(diào)又逐漸變低呢？當一輛警車或賽車從我們身旁呼嘯而過時，警車的警報聲和賽車的發(fā)動機聲在靠近我們時越來越刺耳，而當通過我們身旁的一剎那，音調(diào)突然變低了，隨著它們的遠去，這些聲音逐漸變?nèi)?，直到消失。為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象呢？這種現(xiàn)象又是誰最先發(fā)現(xiàn)的呢？那是1842年的一天，奧地利數(shù)學家、物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步。一列火車從遠處開來，細心的多普勒突然注意到了這樣一個現(xiàn)象：火車在靠近他

2、們時笛聲越來越刺耳，然而就在火車通過他們身旁的一剎那，笛聲聲調(diào)突然變低了。隨著火車的遠去，笛聲響度逐漸變?nèi)?，直到消失。這個平常的現(xiàn)象吸引了多普勒的注意，他思考：為什么笛聲聲調(diào)會變化呢？他對這個物理現(xiàn)象產(chǎn)生了極大興趣，并進行了相關(guān)的研究。多普勒是奧地利薩爾茨堡一名石匠的兒子。年輕的多普勒曾在維也納理工學院學習數(shù)學，又在薩爾茨堡修讀哲學課，然后又回到維也納大學學習高級數(shù)學、天文學和力學。從小就接受到的良好的教育，養(yǎng)成了他認真觀察，勤于思考的好習慣。他仔細研究過火車事件后，他注意到：當觀察者與聲源相對靜止時，聲源的頻率沒有改變；當聲源和觀察

3、者有相對運動時，觀察者接收到的聲源頻率就會發(fā)生變化。他的這一結(jié)論立即引起了許多人的質(zhì)疑和反對。反對者們認為，這不過是聽者耳朵的一種錯覺罷了。面對權(quán)威的反對，多普勒很想利用實驗來驗證，然而在那個時代，根本沒有精密儀器能夠檢測出音調(diào)的變化。最后，聰明的多普勒終于想到了一個“笨”方法：請專業(yè)的樂手親耳辨別。于是在一個陽光明媚的早晨，多普勒請了一隊小號手在行駛的平板車上演奏，然后再請訓練有素的音樂家用耳朵來辨別號手們逐漸走近又逐漸走遠時聲音音調(diào)的變化，以驗證該理論。結(jié)果這些音樂家用自己的耳朵聽出了音調(diào)有相應(yīng)的變化。而音樂家的結(jié)論也讓多普勒欣喜

4、異常，也讓他更加堅信自己觀點的正確性。但為什么會有這樣的現(xiàn)象呢？多普勒又進行了相關(guān)的很多研究。我們已經(jīng)知道，音調(diào)是由發(fā)聲體振動的頻率決定的。既然音調(diào)發(fā)生了變化，則一定是聲波振動的頻率改變了。經(jīng)過仔細分析他終于發(fā)現(xiàn)了這樣一個規(guī)律：聲波頻率在聲源移向觀察者時變高，而在聲源遠離觀察者時變低，即：觀察者與聲源的相對運動決定了觀察者所收到的聲源頻率。這種現(xiàn)象我們現(xiàn)在就稱之為多普勒效應(yīng)。以汽車的運動來說明，當汽車以恒定速度駛近時，汽笛發(fā)出的聲波在傳播過程中好像被壓縮了（如圖），也就是聲波的波長縮短。而我們在一定時間間隔內(nèi)接收到汽車鳴笛的波數(shù)就增加

5、了，這就是我們?yōu)槭裁磿惺艿铰曊{(diào)變高的原因。相反，當汽車駛向遠方時，聲波被拉伸了，聲波的波長變大，因此，聲音聽起來就顯得低沉。如果把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個脈沖，那么在你之前的每一個脈沖都比你站立不動時更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來不動時遠了一步?；蛘哒f,在你之前的脈沖頻率比平常變高，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了。聲波的多普勒效應(yīng)現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，例如公路上、高速路上的測速儀。測速儀向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化的多少就能知道

6、車輛的速度了。醫(yī)學上用來診斷病情的彩超用到的也是多普勒效應(yīng)。著名的科學家愛德文·哈勃還根據(jù)多普照勒效應(yīng)得出了宇宙正在膨脹的結(jié)論。