高一物理必修一《多普勒現象在現實中的應用》知識點

關於多普勒現象效應在現實生活中有很多的應用：

一、聲波的多普勒效應

在日常生活中，我們都會有這種經驗：

當一列鳴着汽笛的火車經過某觀察者時，他會發現火車汽笛的聲調由高變低. 為什麼會發生這種現象呢？這是因為聲調的高低是由聲波振動頻率的不同決定的，如果頻率高，聲調聽起來就高；反之聲調聽起來就低.這種現象稱為多普勒效應，它是用發現者克里斯蒂安·多普勒（ChristianDppler,1803-1853）的名字命名的，多普勒是奧地利物理學家和數學家.他於1842年首先發現了這種效應.為了理解這一現象，就需要考察火車以恆定速度駛近時，汽笛發出的聲波在傳播時的規律.其結果是聲波的波長縮短，好象波被壓縮了.因此，在一定時間間隔內傳播的波數就增加了，這就是觀察者為什麼會感受到聲調變高的原因；相反，當火車駛向遠方時，聲波的波長變大，好象波被拉伸了. 因此，聲音聽起來就顯得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）/（u-vs）f ，其中vs為波源相對於介質的速度，v0為觀察者相對於介質的速度，f表示波源的固有頻率，u表示波在靜止介質中的傳播速度. 當觀察者朝波源運動時，v0取正號；當觀察者背離波源（即順着波源）運動時，v0取負號. 當波源朝觀察者運動時vs前面取負號；前波源背離觀察者運動時vs取正號. 從上式易知，當觀察者與聲源相互靠近時，ｆ1＞ｆ ；當觀察者與聲源相互遠離時。ｆ1＜ｆ

二、光波的多普勒效應

具有波動性的`光也會出現這種效應，它又被稱為多普勒-斐索效應. 因為法國物理學家斐索（1819-1896）於1848年獨立地對來自恆星的波長偏移做了解釋，指出了利用這種效應測量恆星相對速度的辦法.光波與聲波的不同之處在於，光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化. 如果恆星遠離我們而去，則光的譜線就向紅光方向移動，稱為紅移；如果恆星朝向我們運動，光的譜線就向紫光方向移動，稱為藍移.

三、光的多普勒效應的應用

20世紀20年代，美國天文學家斯萊弗在研究遠處的旋渦星雲發出的光譜時，首先發現了光譜的紅移，認識到了旋渦星雲正快速遠離地球而去.1929年哈勃根據光普紅移總結出著名的哈勃定律：星系的遠離速度v與距地球的距離r成正比，即v=Hr,H為哈勃常數.根據哈勃定律和後來更多天體紅移的測定，人們相信宇宙在長時間內一直在膨脹，物質密度一直在變小. 由此推知，宇宙結構在某一時刻前是不存在的，它只能是演化的產物. 因而1948年伽莫夫（G. Ga5