声波 多普勒效应 学习目标： (1)知道声波的干涉和衍射现象。 (2)知道超声波及其应用。 ①知道什么是超声波及次声波。 ②了解超声波的应用。 (3)知道多普勒效应的产生原因。 ①知道当声源与人之间有相对运动时，人听到的声音的频率会发生变化，这种现象称为多普勒效应。 ②能定性地解释多普勒效应产生的原因，能定性地判断当声源靠近或远离人时，人听到的声音频率是变大或变小。 (4)了解多普勒效应的应用。 知道利用超声波或电磁波的多普勒效应可以测定物体运动的速度。 重点、难点： 1、声波也有干涉和衍射的现象。 2、超声波特性与应用。 3、多普勒效应的产生原因。 知识讲解： 一、声波 声波与其它机械波一样，可以发生反射、折射、干涉和衍射。由于声波的频率较低、波长较长，声波的衍射现象比水波更为明显。 二、超声波 人耳能够听到的声波振动频率范围大约在20Hz～20000Hz之间，高于20000Hz的声波，人耳就不能感受到，称为超声波。低于20Hz的声波人耳也不能感受到，称为次声波。 超声波特点： 1、波由于振动频率较高，波长较短，对于一般障碍物来说，衍射现象很不明显，基本上是沿直线传播的，具有良好的直线定向传播性。 2、波频率高，能量大而集中，具有很强的穿透性。 超声波应用： 超声定位：超声波的波长非常短，能够沿直线传播和反射，因而可以定向发射，根据这种特性，可以制成声呐、鱼群探测仪等仪器，确定潜艇、鱼群的位置或海底深度。 超声处理：高频的超声波具有强大的功率，一般说，超声功率与其频率的平方成正比，它在液体中传播时，会产生较大的液压冲击，根据这一个特性可以利用超声波来清洗、加工和消毒。 超声检测：超声波的穿透能力很强，超声波在界面处就会发生反射和透射。利用它的穿透能力和反射波，可以制成超声波探伤仪，用来对金属、水库堤坝等进行探伤。“超声波B型显示切面成像方法”检查人体的内部器官、组织等有无病变。超声波的多普勒效应可以测量体内血流速度，超声波还可用来进行按摩、治疗、消毒、灭菌等。 三、多普勒效应 定义：声源与观察者之间有相对运动时，听到的声音频率发生变化的现象，这一现象是多普勒在1842年首先发现的，所以称为多普勒效应。 解释： 只要声源与观察者之间有相对运动，就会发生多普勒效应。当观察者向着声源靠近时，听到的声音频率就变大，而观察者是远离声源时，听到的声音频率就变小。发生多普勒效应时，声源的频率并没有发生变化，而是观察者接受到的频率发生了变化。观察者接受到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。 模拟实验：如下图，一队人沿街行走，观察者站在街边不动，每秒有九个人从他身边经过，这种情况下该观察者的“过人频率”是9人／秒。若观察者逆着队伍行走，每秒和观察者相遇的人数增加，也就是“过人频率”增加．反之，如果观察者顺着队伍行走，“过人频率”降低。总体上人的走动情况没有变化，变化的是观察者观察到的情况发生了变化。 多普勒效应是波动过程共有的特征．不仅是机械波，电磁波和光波，也会发生多普勒效应。 多普勒效应公式： 相关概念：波源的频率和观察者接收到的频率 波源的频率：等于单位时间内波源发出的完全波的个数。 观察者接收到的频率：等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。 推导： 下面针对机械波进行推导，为简单起见，只讨论波源和观察者在二者的连接线上运动的情形。 如图所示，设声源为S，观察者L分别以速度vS、vL在静止介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为v，且vS＜v，vL＜v。当声源不动时，声源发出频率为f0、波长为λ0的声波，在时间t内声波传播的距离为vt，这段距离分布的波数（完全波的个数）为：。 当声波以速度vS运动时，这n个完全波分布在距离(v－vS)t内，相应的波长为：。 因为观察者以速度vL作同向运动，所以声波相对于观察者的速度为(v－vL)，观察者接收到的声波的频率为： ① 该式是多普勒效应公式的一般形式。下面讨论几个比较简单的特殊情况。 (1)当观察者和波源都不动时，由①式得：f＝f0 (2)当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接收到的声波频率为： 显然这时f＞f0，观察者感到音调变高，这就是鸣笛的火车驶近站在铁路旁的人时，人感到汽笛的音调变高的道理。 (3)观察者不动，声源远离观察者时，①式中的vS应取负值，观察者接收到的声波频率为： 显然这时f＜f0，观察者感到音调变低，这就是鸣笛的火车远离站在铁路旁的人时，人感到汽笛的音调变低的道理。 (4)声源不动，观察者接近声源时，①式中的vL应取负值，观察者接收到的声波频率为： 显然这时f＞f0，观察者感到音调变高。 (5)声源不动，观察者远离声源时，观察者接收到的声波频率： 显然这时f＜f0，观察者感到音调变低。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/a292701bed06eff9aef8941ea76e58fafab045d1.html