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A-Level/AP物理中的The Doppler Effect多普勒现象

2020-03-05 20:00

来源:深圳新东方留学考试

编辑:新东方小编

  为了给各位学习国际课程的同学们,带来更多的干货备考资料。深圳新东方国际学科的各位老师们在百忙的授课之余;整理出了一份原创的“新东方国际学科备考系列文章”。

  以下是“深圳新东方国际学科备考系列”的

  第七篇:

  A-Level/AP物理中

  The Doppler Effect多普勒现象

  本文作者

  叶受祥老师

  英国爱丁堡大学电气工程硕士。

  拥有丰富的美高考类考试培训经验和美研考试教学经验。

  现主要教授AP/A-Level/IG/SAT2数理化各科,是理科全能教师。授课条理清楚,逻辑清晰,表达简洁。上课时有激情,善于启发学生思考,能让高深,抽象的概念变得直观易懂。

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

  由波源和观察者之间的相对运动引起的明显频率变化叫多普勒现象。

  以上是超级geek的解释版本,接下来我们看下通俗易懂的版本

  首先我们先看下图:

  有个物体发射波,这个物体可以是一辆警车在鸣警笛,可以是一颗恒星发光,也可以是一只小鸭子在池塘游动产生水波。

  这些都是波。

  当一个发射波的物体移动了,移动的方向是把波阵面(wave fronts)推挤紧密,反方向的情况刚好相反,波分散开来了。

  如下图:

  如果这个物体向一个静止的观察者(observer)移动,这些被挤密的波被观察者体验为高频率。如果这个物体移动离开静止的观察者,这些稀疏的波被观察者体验为低频率。

  这就是多普勒现象。

  生活中这样的体验比比皆是。比如我们站在马路旁。有一辆车鸣着喇叭飞速通过,

  我们听到声音可能是这样的:

  我们听到声音是先高后低,因为当汽车朝你开过来时,喇叭的声波被挤密了,所以你听到的是高频的声音,也就是我们所说的声音比较“尖”。然后车经过你,离你远去,声音的波就分散开来,所以你听到的就是低频的声音。这就是多普勒现象的工作原理。

  但是坐在车里的司机听到的声音是不变的。

  为什么呢?因为司机和汽车(声源)之间没有相对运动。

  这种现象同样也发生在另外一种波身上――光。

  假设你现在用一个天文望远镜观测一颗恒星,如同汽车鸣笛的例子,如果这个恒星正在离你远去,光的波会分散开来,天文望远镜观测到的光频率变低。如果这个恒星朝地球飞来,光的波会推挤紧密,观测到的光频率变高。

  频率在声音里体现为声音的音高,那光的频率体现为什么呢?

  可见光光谱图

  高频光波表现为更蓝的光,低频光波则是更接近红色的光。

  我们可以得出一个很有趣的结论:星星,或者任何你可以看到的东西,随着它们和你的相对运动而改变颜色!!

  我们用肉眼看不到这么细微的变化,但天文学家用精密的仪器结合多普勒现象的原理,就可以测出天上的星星是朝着我们飞过来还是离我们远去。天文观测显示,几乎所有的星星都在以很快的速度离我们的地球远去,也就是说我们通过天文望远镜观测到的光频率更靠近光谱中红色光一端,这就是所谓的“红移”现象(Redshift)。这也是宇宙大爆炸(Big Bang Theory)的重要证据之一。

  或许将来,地球,在宇宙中,将越来越孤单。。。

  谢耳朵穿着“多普勒现象”装

  多普勒现象的原理我都掌握了,接下来看看A level考试中的计算题要如何做?

  首先我们来看下A Level物理考试中formulae sheet提供的Doppler Effect的公式:

  是observer接受到波的频率

  是source发出波的频率

  是波的在媒介中的传播速度

  是source移动的速度

  理解多普勒现象公式后,我们就来实操。请看下面A level考试题目:

  下面,我们通过视频具体看一下如何解答这道题:

   END剧透!12.28日20:00-21:00 还有叶老师和马老师的AP理科线上直播课哦!

  

  

  深圳新东方国际学科部分学员高分榜

  

  深圳新东方国际学科课程介绍

  

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