火车汽笛为什么变化浅谈多普勒效应.docx

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1、火车汽笛为什么变化浅谈多普勒效应一、声波的多普勒效应在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火 车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低.为 什么会发生这种现象呢？这是因为声调的上下是由声波振 动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之 声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者 克里斯蒂安多普勒ChristianDoppIer, 18037853的名 字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年 首先发现了这种效应.为了理解这一现象，就需要考察火车 以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结 果是声波的波长缩短，好象波被压缩了.因此

2、，在一定时间 间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受 到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长 变大，好象波被拉伸了.因此，声音听起来就显得消沉.定 量分析得到千1二u+v/ u-vs J f ,其中vs为波源相对于 介质的速度，v为观察者相对于介质的速度，f表示波源的 固有频率，u表示波在静止介质中的传播速度.当观察者朝 波源运动时，v取正号；当观察者背离波源即顺着波源 运动时，v取负号.当波源朝观察者运动时VS前面取负号； 前波源背离观察者运动时VS取正号.从上式易知，当观察者 与声源相互靠近时，f 1 f ；当观察者与声源相互远离时。f 1 f二、光波的多普勒效应

3、具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐 索效应.因为法国物理学家斐索18197896于1848年独 立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效 应测量恒星相对速度的方法.光波与声波的不同之处在于， 光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化.如果恒星远离我 们而去，那么光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果 恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝 移.三、光的多普勒效应的应用20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星 云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡 星云正快速远离地球而去.1929年哈勃根据光普红移总结出 著名的哈勃定律：星系的远离

4、速度V与距地球的距离r成正比，即v=Hr, H为哈勃常数.根据哈勃定律和后来更多 天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀， 物质密度一直在变小.由此推知，宇宙结构在某一时刻前是 不存在的，它只能是演化的产物.因而1948年伽莫夫(G. Gamow和他的同事们提出大爆炸宇宙模型.20世纪60 年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受，以致被天学 家称为宇宙的标准模型多普勒-斐索效应使人们对距地球任意远的天体的运动的研 究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了.1868年，英国天文学家W.哈金斯用这种方法测量了天狼 星的视向速度即物体远离我们而去的速度，得出了 46kms的速度值.