用多普勒效應(yīng)測速的原理及應(yīng)用

1、用多普勒效應(yīng)測速的原理及應(yīng)用用多普勒效應(yīng)測速的原理及應(yīng)用肖?。ū本┕I(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)院電子信息工程系）摘要：闡述用實(shí)驗(yàn)分析多普勒測速效應(yīng)的原理及具體應(yīng)用方法。實(shí)驗(yàn)中用水波代替了原本的聲波，通過波紋的疏密清晰的反映了多普勒效應(yīng)。關(guān)鍵詞：多普勒效應(yīng)；速度；由于波源或觀察者相對于介質(zhì)有相對運(yùn)動時，觀察者所接收到的波頻率有所變化的現(xiàn)象就叫做多普勒效應(yīng)這種現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒（1803～1853）于1842年首先發(fā)現(xiàn)的，因此以他的名字命名。1多

2、普勒效應(yīng)驗(yàn)證方法多普勒效應(yīng)驗(yàn)證方法我們可以用水波代替聲波（都是機(jī)械波），做如下演示實(shí)驗(yàn)在盛有清水的大水槽中，以一端粘有直徑約為8ｍｍ的石蠟球的細(xì)彈簧作為彈簧單振子，使單振子與水面接觸，若使單振子沿豎直方向周期性地上下?lián)舸蛩妫@時，水面上就形成向四周傳播的周期性同心圓波若將振動著的單振子在水面上向右平移、便可看到從振源中心到右槽壁間的波紋變密、波長縮短，右壁接收圓波的頻率變大，而振源中心到左槽壁的波紋變疏，波長增大，左槽壁接收圓波的頻率

3、變小，該實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)簡單，易于取材，制作簡便，便于操作，直觀性強(qiáng)，可信度高，具有較好的實(shí)驗(yàn)效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單振子（振源）本身的頻率并沒有改變，而是水槽壁（接收者）接收的水波的頻率發(fā)生了變化。2測速原理測速原理多普勒測速儀是利用波的多普勒效應(yīng)這一原理制成的其原理是用波照射運(yùn)動著的物體運(yùn)動物體反射或散射波由于存在多普勒效應(yīng)反射或散射波將產(chǎn)生多普勒頻移利用產(chǎn)生頻移的波與本振波進(jìn)行混頻再經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娮与娐诽幚砑纯傻玫竭\(yùn)動物體的運(yùn)動速度.我們假

4、設(shè)多普勒測速儀靜止運(yùn)動物體的運(yùn)動速度為v運(yùn)動物體的運(yùn)動方向與多普勒測速儀的測速方向在同一直線上.如圖1圖一3聲波測速聲波測速為了得到多普勒測速儀所接收到的由于存在多普勒效應(yīng)而頻移的聲波頻率與運(yùn)動物體運(yùn)動速度之間的關(guān)系我們分兩步進(jìn)行討論.ν＝［1＋（ｖB／ｖ）］ν①該式表明：當(dāng)觀察者向聲源運(yùn)動時，接收到的頻率ν′為聲源頻率的［1＋（ｖB／ｖ）］倍；當(dāng)觀察者背離聲源運(yùn)動時，ｖB＜0，則ν′＜ν，即觀察者接收到的頻率ν′小于聲源的振動頻率ν讀

5、者可自行分析當(dāng)ｖB＝－ｖ時，會發(fā)生什么情況2觀察者不動，聲源以速度ｖＳ相對于介質(zhì)運(yùn)動，即ｖＢ＝0，ｖＳ≠0時。如聲源向著觀察者運(yùn)動，這時ｖＳ＞0假定ｖＳ＜ｖ，因?yàn)槁曀賰H決定于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲源的運(yùn)動與否無關(guān)所以在一個周期T內(nèi)聲源在S點(diǎn)發(fā)出的振動向前傳播的距離等于波長λ如聲源不動，則波形。但若聲源運(yùn)動，則在一個周期的時間內(nèi)聲源在波的傳播方向上通過一段路程ｖＳT而達(dá)到S′點(diǎn)，結(jié)果整個波形。中點(diǎn)S′、B′間的虛線所示由于聲源做勻速運(yùn)動，所以

6、，波形無畸彎只是波長變小，其值為λ′＝＝λ－ｖＳＴ＝ｖＴ－ｖＳＴ＝（ｖ－ｖＳ）（1／ν）所以觀察者在單位時間內(nèi)接收到的波數(shù)為ν′＝ｖ／λ′＝[ｖ／（ｖ－ｖＳ）]ν②該式表明：當(dāng)聲源向著觀察者運(yùn)動時，觀察者接收的頻率是聲源頻率的ｖ／（ｖ－ｖＳ）倍如聲源背離觀察者運(yùn)動，則ｖＳ＜0，所以有ν′＜ν，即觀察者接收到的頻率比聲源頻率降低了現(xiàn)在我們就不難明白前述火車相對觀察者運(yùn)動時音調(diào)變化的本質(zhì)原因了從以上所討論的兩種情況中，我們不難看出，無論是接

7、收者相對介質(zhì)運(yùn)動還是聲源相對介質(zhì)運(yùn)動，接收者接收到波的頻率的變化情況雖然一樣，但兩種變化的本質(zhì)機(jī)理卻不同前者是由相對波速的變化引起，而后者是由波長的變化引起根據(jù)以上兩種情況的討論，我們可以很容易證明，當(dāng)觀察者和聲源同時相對介質(zhì)運(yùn)動，即ｖＢ≠0、ｖＳ≠0時，觀察者接收到聲波的頻率為ν′＝（ｖ＋ｖＢ）／[（ｖ－ｖＳ）／ν]＝［（ｖ＋ｖＢ）／（ｖ－ｖＳ）］ν③該式也可以說是以上兩種討論的綜合，如果在ｖＳ和ｖＢ兩個量中有一個為零時，就可得出上面

8、的①、②式分別所表示的兩種情況5多普勒效應(yīng)的應(yīng)用多普勒效應(yīng)的應(yīng)用交通警察向行進(jìn)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車輛的速度。裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器有時就裝在路的上方，在測速的同時把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動打印在照片上。測速雷達(dá)系列產(chǎn)品在世界發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用狀況：世界發(fā)達(dá)國家的測速裝備比較完善。針對不同的地區(qū)、地勢及環(huán)境，他們都配有相應(yīng)的測速產(chǎn)品。無論固定測量還是移動測量、手動

9、測量還是自動測量，都有一定的普及度。例如在高速公路上，既有固定地點(diǎn)進(jìn)行速度監(jiān)測，也有許多巡邏車穿梭于公路間進(jìn)行移動測量。再如在學(xué)校附近的路段，大多數(shù)都安裝了速度顯示牌，時時對過往車輛進(jìn)行監(jiān)測并對其提醒，從而保證學(xué)生的安全。雷達(dá)為利用無線電回波以探測目標(biāo)方向和距離的一種裝置。雷達(dá)為英文Radar一字之譯音，該字系由RadioDetectionRanging一語中諸字前綴縮寫而成，為無線電探向與測距之意。全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不

10、列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機(jī)，因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測方面，它能用來偵測暴風(fēng)雨；在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可幫助領(lǐng)港人員及機(jī)場航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。雷達(dá)工作原理與聲波之反射情形極類似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無線電波，而非聲波。雷達(dá)之發(fā)射機(jī)相當(dāng)于喊叫聲之聲帶，發(fā)出類似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達(dá)之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能