公基 | 解密神奇的多普勒效應

來源:國家事業單位考試網 2020-03-10 13:47:04
  近年來公基和常識考試中,關于波長和頻率的考查越來越深入,比如多普勒效應就是其中的高頻考點,接下來國家事業單位考試網(www.54871135.buzz)就帶著大家一起來了解一下神奇的多普勒效應!
 
  一、什么是波長和頻率呢?
 
  波長和頻率是波特有的性質。波的種類很廣,包括電磁波(γ射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波等)、聲波(超聲波、可聞聲波、次聲波)、地震波、水波等等。雖然形式各不一樣,但均有波長和頻率,并遵循一條重要的規律:對于同一種波,波長乘以頻率等于波的傳播速度。比如電磁波,它的傳播速度等于光速,所有的電磁波的波長乘以頻率都等于光速。在介質一定的情況下,光速為定值,那么對于所有的電磁波來說,它的波長越長,則頻率越小,即成反比例關系。考試中經常對此進行考查,比如紫外線的波長短,頻率大,而紅外線的波長長,頻率低。
 
  二、多普勒效應的原理到底什么呢?
 
  對于一種特定的波,它的波長和頻率一般是不會變化的,因此才能對比不同波的波長和頻率,而多普勒效應恰恰是描述特定的波的波長和頻率發生了變化的現象。
 
  以聲波舉例,音調的高低,和聲音的頻率是直接相關的,頻率越高,音調越高,頻率越低,音調越低。可以參考下方的圖片,當有救護車勻速向右行駛,同時保持警笛鳴響時,開車的司機不會聽到警笛音調有變化。對圖中右側的男士來說,救護車向他駛來時,他所聽到的警笛聲會比司機聽到音調略高,因為警笛聲的頻率對于他來說變大了;對圖中左側的女士來說,救護車離她而去,她所聽到的警笛聲會比司機聽到音調略低,因為警笛聲的頻率對她來說變小了。頻率為什么會發生變化?因為波源(救護車)和接受者之間存在相對運動,從而導致波的波長和頻率發生變化,這就是多普勒效應。但需要注意的是,改變后的波,其波長和頻率仍然是成反比的。
 
  之前討論的大多數情況,波長和頻率都是不變的,是因為波源和接收者相對靜止。
 
  當兩者之間相對運動時,多普勒效應就出現了。波的波長和頻率會因相對運動的方向和速度發生相應的變化,波的接收者就可以根據波長和頻率的變化,計算出波源相對接收者的運動速度和方向。
 
  三、多普勒效應是被誰發現的呢?
 
  多普勒效應的命名是為紀念奧地利物理學克里斯琴?約翰?多普勒。他觀察到火車駛入站臺時鳴笛的音調會逐漸變化的現象,并研究總結得出了多普勒效應。現代的科學在經過進一步研究,已經證實了多普勒勒效應對所有的波都有效,包括電磁波、聲波、地震波、水波等等,因此其應用也極為廣泛。
 
  四、多普勒效應有什么應用呢?
 
  (1)雷達
 
  傳統的雷達又叫多普勒雷達。通過發射電磁波并接收反射波,可以測出敵機相對雷達的運動速度和方向。二戰中英國最早掌握了雷達技術,用于探測空襲的德軍飛機的速度和方向。同樣,日常生活中的雷達測速,也應用了多普勒效應。
 
  (2)彩超
 
  醫學上使用的彩超,通過發射超聲波,檢測到血液相對于探頭的相對運動,通過檢測回波的頻率變化,經計算機數據處理生成圖像。
 
  (3)無線電近炸引信
 
  軍事上應用的無線電近炸引信在靠近地面一定距離時而非碰撞地面時自動爆炸,可大大提高彈片的散布范圍,提高炮彈的殺傷半徑。其原理是引信內置無線電發射源,不間斷發射無線電并接收地面反射回波。因為多普勒效應,反射波頻率會隨著距地面高度降低而提高,一旦達到預設頻率數值則自動爆炸。二戰美軍通過應用無線電近炸引信,大大提高了防空炮彈擊落敵機的概率。
 
  (4)宇宙大爆炸理論的證實
 
  天文學家們在觀測恒星時發現其光譜總是異常地偏向紅光區域,即紅移現象。波長的改變證明了恒星相對地球在運動中,且其方向為遠離地球,從而確定了宇宙是在不斷膨脹的,證實了宇宙大爆炸理論。
 
  考試經常會考查多普勒效應的應用,在弄懂其原理之后,對于應用掌握也就不難了。如果題目中說明波源和接收者之間存在著相對運動,就要注意是否在考查多普勒效應了,而解題的關鍵就在于波長和頻率會發生變化。
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