A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象


為了給各位學習國際課程的同學們,帶來更多的乾貨備考資料。深圳新東方國際學科的各位老師們在百忙的授課之餘;整理出了一份原創的“新東方國際學科備考系列文章”。


以下是“深圳新東方國際學科備考系列”的

第七篇:


A-Level/AP物理中

The Doppler Effect多普勒現象


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

本文作者

葉受祥老師

英國愛丁堡大學電氣工程碩士。


擁有豐富的美高考類考試培訓經驗和美研考試教學經驗。

現主要教授AP/A-Level/IG/SAT2數理化各科,是理科全能教師。授課條理清楚,邏輯清晰,表達簡潔。上課時有激情,善於啟發學生思考,能讓高深,抽象的概念變得直觀易懂。


用“生活大爆炸”-謝耳朵的話說:“It is the apparent change in the frequency of a wave caused by relative motion between the source of the wave and the observer.”


由波源和觀察者之間的相對運動引起的明顯頻率變化叫多普勒現象。


首先我們先看下圖:


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象


有個物體發射波,這個物體可以是一輛警車在鳴警笛,可以是一顆恆星發光,也可以是一隻小鴨子在池塘遊動產生水波。


這些都是波。


當一個發射波的物體移動了,移動的方向是把波陣面(wave fronts)推擠緊密,反方向的情況剛好相反,波分散開來了。


如下圖:

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象


如果這個物體向一個靜止的觀察者(observer)移動,這些被擠密的波被觀察者體驗為高頻率。如果這個物體移動離開靜止的觀察者,這些稀疏的波被觀察者體驗為低頻率。


這就是多普勒現象。


生活中這樣的體驗比比皆是。比如我們站在馬路旁。有一輛車鳴著喇叭飛速通過,


我們聽到聲音可能是這樣的:

car Doppler來自深圳新東方留學考試00:0000:07


我們聽到聲音是先高後低,因為當汽車朝你開過來時,喇叭的聲波被擠密了,所以你聽到的是高頻的聲音,也就是我們所說的聲音比較“尖”。然後車經過你,離你遠去,聲音的波就分散開來,所以你聽到的就是低頻的聲音。這就是多普勒現象的工作原理。


但是坐在車裡的司機聽到的聲音是不變的。


為什麼呢?因為司機和汽車(聲源)之間沒有相對運動。


這種現象同樣也發生在另外一種波身上――光。


假設你現在用一個天文望遠鏡觀測一顆恆星,如同汽車鳴笛的例子,如果這個恆星正在離你遠去,光的波會分散開來,天文望遠鏡觀測到的光頻率變低。如果這個恆星朝地球飛來,光的波會推擠緊密,觀測到的光頻率變高。


頻率在聲音裡體現為聲音的音高,那光的頻率體現為什麼呢?


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

可見光光譜圖


高頻光波表現為更藍的光,低頻光波則是更接近紅色的光。


我們可以得出一個很有趣的結論:星星,或者任何你可以看到的東西,隨著它們和你的相對運動而改變顏色!!


我們用肉眼看不到這麼細微的變化,但天文學家用精密的儀器結合多普勒現象的原理,就可以測出天上的星星是朝著我們飛過來還是離我們遠去。天文觀測顯示,幾乎所有的星星都在以很快的速度離我們的地球遠去,也就是說我們通過天文望遠鏡觀測到的光頻率更靠近光譜中紅色光一端,這就是所謂的“紅移”現象(Redshift)。這也是宇宙大爆炸(Big Bang Theory)的重要證據之一。


或許將來,地球,在宇宙中,將越來越孤單。。。


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

謝耳朵穿著“多普勒現象”裝


多普勒現象的原理我都掌握了,接下來看看A level考試中的計算題要如何做?


首先我們來看下A Level物理考試中formulae sheet提供的Doppler Effect的公式:


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

是observer接受到波的頻率

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

是source發出波的頻率

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

是波的在媒介中的傳播速度

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

是source移動的速度


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象


理解多普勒現象公式後,我們就來實操。請看下面A level考試題目:


A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象

A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒現象


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