用多普勒效應測速的原理及應用

1、用多普勒效應測速的原理及應用用多普勒效應測速的原理及應用肖?。ū本┕I(yè)大學實驗學院電子信息工程系）摘要：闡述用實驗分析多普勒測速效應的原理及具體應用方法。實驗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。關鍵詞：多普勒效應；速度；由于波源或觀察者相對于介質有相對運動時，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這種現(xiàn)象是奧地利物理學家多普勒（1803～1853）于1842年首先發(fā)現(xiàn)的，因此以他的名字命名。1多

2、普勒效應驗證方法多普勒效應驗證方法我們可以用水波代替聲波（都是機械波），做如下演示實驗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?，這時，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，該實驗儀器結構簡單，易于取材，制作簡便，便于操作，直觀性強，可信度高，具有較好的實驗效果實驗結果表明，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這一原理制成的其原理是用波照射運動著的物體運動物體反射或散射波由于存在多普勒效應反射或散射波將產生多普勒頻移利用產生頻移的波與本振波進行混頻再經過適當?shù)碾娮与娐诽幚砑纯傻玫竭\動物體的運動速度.我們假

4、設多普勒測速儀靜止運動物體的運動速度為v運動物體的運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而頻移的聲波頻率與運動物體運動速度之間的關系我們分兩步進行討論.ν＝［1＋（ｖB／ｖ）］ν①該式表明：當觀察者向聲源運動時，接收到的頻率ν′為聲源頻率的［1＋（ｖB／ｖ）］倍；當觀察者背離聲源運動時，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相對于介質運動，即ｖＢ＝0，ｖＳ≠0時。如聲源向著觀察者運動，這時ｖＳ＞0假定ｖＳ＜ｖ，因為聲速僅決定于介質的性質，與聲源的運動與否無關所以在一個周期T內聲源在S點發(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。但若聲源運動，則在一個周期的時間內聲源在波的傳播方向上通過一段路程ｖＳT而達到S′點，結果整個波形。中點S′、B′間的虛線所示由于聲源做勻速運動，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接收到的波數(shù)為ν′＝ｖ／λ′＝[ｖ／（ｖ－ｖＳ）]ν②該式表明：當聲源向著觀察者運動時，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動時音調變化的本質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、收者相對介質運動還是聲源相對介質運動，接收者接收到波的頻率的變化情況雖然一樣，但兩種變化的本質機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，當觀察者和聲源同時相對介質運動，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多普勒效應的應用多普勒效應的應用交通警察向行進中的車輛發(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。測速雷達系列產品在世界發(fā)達國家的應用狀況：世界發(fā)達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，他們都配有相應的測速產品。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，既有固定地點進行速度監(jiān)測，也有許多巡邏車穿梭于公路間進行移動測量。再如在學校附近的路段，大多數(shù)都安裝了速度顯示牌，時時對過往車輛進行監(jiān)測并對其提醒，從而保證學生的安全。雷達為利用無線電回波以探測目標方向和距離的一種裝置。雷達為英文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是在1940年的不

10、列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達的英國戰(zhàn)斗機，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機，因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達開始有許多和平用途。在天氣預測方面，它能用來偵測暴風雨；在飛機輪船航行安全方面，它可幫助領港人員及機場航管人員更有效地完成他們的任務。雷達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。雷達之發(fā)射機相當于喊叫聲之聲帶，發(fā)出類似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能