【正文】 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。 作者簽名： 二 O 年 月 日 2 河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）開題報告 論文題目 多普勒效應及其應用 學生姓名 張偉平 所屬學院 物理與機電工 程學院 專業(yè) 物理學 年級 2021 級 指導教師 董光興 所在單位 河西學院 職稱 副教授 開題日期 選題的背景、實際意義： 隨著多普勒效應的推廣和發(fā)展，它已經(jīng)在很多領域得到廣泛發(fā)展。 有關本選題的研究動態(tài)和自己的見解： 1842 年奧地利物理學家多普勒首先發(fā)現(xiàn)聲波的多普勒效應，之后隨著多普勒效應的發(fā)展，人們證實了多普勒效應適用于所有類型的波，包括電磁波。多普勒效應的最大優(yōu)點就是能和許多學科交叉，各科的學者巧妙地用移植的方法進行創(chuàng)新、吸收，甚至引入某一領域內的的理論、技術和方法來解決心難題。 論文的主要內容、基本要求及其主要的研究方法： 主要內容： 本文首先以聲波和光波的多普勒效應為例，對聲波、光波及電磁波的多普勒效應原理進行了詳細闡述，詳細介紹了多普勒效應在醫(yī)學、氣象監(jiān)控與預警、衛(wèi)星通信、影視藝術作品和軍事雷達測速與追蹤等領域的具體應用，以具體實例的形式介紹了多普勒效應對人類科學發(fā)展的重要影響。 、總結 多普勒效應的一般公式。 研究方法：主要為文獻研究，然后通過分析、綜合、比較、歸納。 參考文獻 [1]程守珠 ,江之永 .普通物理學 [M].北京 :高等教育出版社 ,1998. [2]白明柱 ,蓮花 ,利民 .多普勒效應及其應用 [J].內蒙古科技與經(jīng)濟 ,2021,19. [3]李啟明 .多普 勒 .多普勒效應及其應用 [J].現(xiàn)代物理知識 ,2021,06 [4]楊亮 ,劉鐘馨 ,林仕偉 ,曹陽 .多普勒效應教學仿真系統(tǒng)的開發(fā) [J].大學物理 ,2021(4):5559. [5]周美建 .淺談多普勒效應 [J].物理教學 ,2021， 32. [6]李龍 ,樊養(yǎng)余 ,張政偉 .多普勒效應下星間光通信系統(tǒng)的仿真性能分析 [J].計算機仿真 ,2021.\ (26):111114 . [7]葉麗娜 .多普勒效應及其應用 [J].甘肅廣播電視大學學報 ,2021,03. [8]秦繼民 ,蕭化 .普通物理學 專題研究 [J].廣西師范大學出版社 ,1993. [9]周文元 ,等 .高等物理精編 [M].中國科學技術大學出版社 ,1990. [10]張普利 .光的多普勒效應及其應用 [J].西北輕工業(yè)學院學報 ,1996,01. [11]袁玄義 ,王永昌 ,張延曹 .多普勒效應及其現(xiàn)代應用 [J].空軍導彈學院報 .2021,08. [12]陳宜生等 .物理效應及應用 [M].天津 :天津大學出版社 ,1996. 4 [13]劉廣生 ,李慧 .多普勒效應及其應用 [J].南陽師范學院學報 ,2021,06. [14]楊 洋 .激光雷達在大氣測量中的應用 [J].現(xiàn)代物理知識 ,2021(3). [15]LE 特瑞恩著 .王仕康等譯 .激光多普勒技術 [M].北京 :清華大學出版社 ,— 278. [16]范毅明等 .醫(yī)用 B 超儀與超聲多普勒系統(tǒng) [J].上海 :第二軍醫(yī)大學出版社 ,— 236. [17]金 召 ,趙昕怡 .多普勒效應及其應用的探討 [J].科技創(chuàng)新與應用 ,2021. [18]鄢晗菡 ,孫華 ,劉川 ,錢杰 . 基于多普勒效應的汽車剎車預警系統(tǒng)研究 [J]. 機械 ,2021,11:5658. [19]韓超 ,李亭 ,李華 .多普勒效應測速實驗儀的開發(fā) [J].實驗室研究與探索 ,2021,01:1921. [20]呂鐄 .電影人聲的藝術表現(xiàn)力與美學特征論 [D].華中師范大學 ,2021. [21]董立娟 .論數(shù)字化電影的真實質感與審美認知 [D].哈爾濱工業(yè)大學 ,2021. [22]韓璐 .論武俠電影的聲音藝術創(chuàng)作 [J].北京電影學院學報 ,2021,01. [23]陳越紅 ,滕青 .試論多普勒效應在影視聲音中的應用 [J].當代電影 ,2021,01:135139. 指導教師意見： 簽 名： 年 月 日 教研室意見 負責人簽名： 年 月 日 學 院 意 見 負責人簽名： 年 月 日 5 多普勒效應及其應用 摘要： 本文首先以聲波和光波的多普勒效應為例，對聲波、光波及電磁波的多普勒效應原理進行了詳細闡述， 歸納、總結 多普勒效應的一般公式。 以具體實例的形式介紹了多普勒效應對人類科學發(fā)展的重要影響。 Sound wave。 1842 年，多普勒發(fā)表論文首次論述多普勒效應。波源的速度越高，產(chǎn)生的這種頻率變化越大。從此關于多普勒發(fā)現(xiàn)的這種現(xiàn)象得到了人們的廣泛關注，并拉開了研究多普勒效應及運用的序幕。多普勒效應理論的重要性及應用的廣泛性，由此可見一斑。 1 多普勒效應 多普勒效應（ Doppler Effect）是奧地利物理學家及數(shù)學家克里斯蒂安多普勒效應已被廣泛地應用 于科學多個領域，如多普勒雷達、多普勒聲納、多普勒 B超、多普勒測速儀、多普勒計程儀等等 [2]。多普勒在薩爾茨堡上完小學后進入林茨中學， 1822 年，他的父母接受一位數(shù)學教授的建議，讓多普勒到維也納理工學院學習。 1829 年，當多普勒結束維也納大學的學習時，被任命為高等數(shù)學和力學教授助理，之后他當過工廠的會計員，后來又到布拉格一所技術中學任教，同時擔任布拉格理工學院的兼職講師；到 1841 年，多普勒才正式成為理工學院的數(shù)學教授。 1850 年，他被委任為維也納大學物理學院的第一任院長，可是 3年后多普勒便在意大利的威尼斯去世，年僅 49歲 [3]。他推導出當波源和觀察者 有相對運動時，觀察者接收到的波長 (頻率 )會改變，在運動的波源前面，波被壓縮，波長變短，頻率變高；在運動的波源后面，波長變長，頻率變低 [4]。觀測頻率變化的程度，可以計算出波源沿觀測方向運動的速度。由于多普勒效應對雙星的顏色影響極小，那時根本沒有儀器能測量出這些變化。 多普勒的研究范圍還包括光學、電磁學和天文學，他設計和改良了很多實驗儀器。 多普勒效應具體情況 在日常生活和科學觀測中，經(jīng)常會遇到波源和觀察者相對于介質而運動的情況，當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的波的頻率和波源發(fā)出的頻率不同。 ?? （ ） 這表明，當觀察者向著靜止的波源運動時，其接收到的頻率高于波源的頻率。 當觀察者遠 離靜止的波源運動時，其接收到的頻率為 vuvuv 039。 8 波源運動觀察者靜止的情形 當觀察者不動，波源相對于介質以速率 v 運動時，觀察者接收到的頻 率為 vvu vuv0039。 當波源遠離觀察者運動時，觀察者接收到的頻率為 vvu vuv 0039。 波源和觀察 者都運動的情形 若波源和觀察者同時相對于介質分別以速率 xv 和速率 0v 相向運動時，觀察者接收到的頻率為 vvu vuv x??? 039。 若波 源和觀察者同時相對于介質相背運動時，觀察者接收到的頻率為 vvu vuv x??? 039。 綜上所述，不論是波源運動還是觀察者運動，或是兩者同時運動，只要兩者互相接近，接收到的頻率就高于原來波源的頻率；兩者互相遠離，接收到的頻率就低于原來波源的頻率。我們知道，波源完成一次全振動，就會向外傳出一個完整波長的波，波源的頻率等于單位時間內波源發(fā)出的完整波的個數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調，是由觀察者接受到的頻率決定的。在單位時間內，觀察者接收到的完整波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大。 9 2 多普勒效應的原理 多普勒效應也是一切波動過程共有的特征，不僅機械波有多普勒效應，電磁波，包括光波也有多普勒效應，多普勒效應有著許多實際的應用，現(xiàn)已在科學研究、空間技術、醫(yī)療診斷等各方面有著廣泛的應用。 聲波和光波的縱向多普勒效應 為了方便問題的討論，我們假設波源與觀測者 R 在同一直線上運動，運動方向為 x軸，波源相對于介質的運動速度為 sv ，觀測者相對于介質的運動速度為 rv ，波相對于介質的運動速度為 0v ，如圖 1 所示。????? （ ） 其中 39。 聲波的縱向多普勒效應 聲波的傳播速度遠小于光速 c ，因而聲波不符合相對論原理。于是由 ()式得聲波的縱向多普勒頻移公式 fvv vvf sr??? 0039。f 為觀測者所觀測到的聲波頻率， f 為聲源所發(fā)出的聲波頻率。假如聲源與觀測者之間的相對運動速度一樣，則聲源運動、觀測者不動，或者觀測者運動、聲源 不動，或者兩者都運動，觀測者所觀測到的多普勒頻移的結果是不一樣的。 光波的縱向多普勒效應 光波的傳播速度為 c ，與參照系的選取無關，因而光波符合相對論原理。f ，觀測者觀測到的光波頻率為 39。光波的傳播速 c ， 即 cv?0 ，于是由 ()式得 fcvcvvvvvfrssr2222001139。 （ ） 由 ()式可知，光波的縱向多普勒效應僅決定于觀測者與光源之間的相對運動速度 u ，即無論是觀測者運動、光源不動，或者是光源運動、觀測者不動，或者是兩者都運動，只要觀測者與光源之間的相對運動速度一樣，觀測者所觀測到的多普勒頻移的結果是一樣的，或者說，我們不能通過觀測光波的多普勒效應來確定光源和觀測者到底誰在運 動。 聲波和光波的橫向多普勒效應 為了方便問題的討論，我們假設觀測者 R 相對于介質靜止，波源 S 相對于介質以 11 速度 v 運動，運動方向跟連線 SR 相垂直，波相 對于介質的傳播速度為 0v 。設波源開始時位于 S ，經(jīng)過一段微小的時間后運動到 39。0t ，波源在 39。t 。(2 39。2 vRStt ?? （ ） 觀測者所觀測到的波的頻率為 39。2 120 ttf