同学们一定有这样的经历,当你站在马路旁边,即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况,单凭耳朵的听觉判断,也能感到一辆汽车正在驶过来,或者离你而去。这里面除了依靠汽车行驶的声音是渐强还是渐弱外,主要还是根据汽车行驶的车轮声或剌叭声调的变化。原来,车辆驶近时,声音要变尖,也就是说,音调要高些;开过以后,远离的时候,声音会越来越低。

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(1)

为什么会这样呢?原来,声音的形成,首先是由于发声体的振动,然后在它周围的空气中形成了疏密相间的声波,传到耳朵里,使耳膜随之同样地振动起来,人们就听到了声音。耳膜每秒钟振动的次数多,人就感到音调高;反之,耳膜每秒钟振动的次数少,人就感到音调低。照这样说,声源发出什么声,我们听到的就是什么调。问题的关键在于汽车是处于静止状态还是运动状态。当汽车静止时,人们听到的音调与声源发出的音调相同。当汽车匀速驶来,轮胎与地面摩擦产生的声波传来时"疏"、"密"、"疏"、"密"是按一定规律,一定距离排列的,可当汽车向你开来时,它把空气中声波的"疏"和"密"压得更紧了,"疏"、"密"的问题更近了,人们听到的音调也就高了。反之,当汽车离你远去时,它把空气中的疏密拉开了,听到的声音频率就小了,音调也就低了。汽车的速度越高,音调的变化也越大。在科学上,我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象,称为"多普勒效应"。

类比两个例子,一、小孩子数人数的例子,如下图所示。(简单易懂就不解释了)

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(2)

2、 植物大战僵尸的例子。当僵尸不动时,如果10s内被5发豌豆击中,那么如果僵尸走近豌豆射手时,10s内被击中的豌豆数必超过5发。

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(3)

多普勒效应是如何被发现呢?这还得从1815年英国工程师斯蒂芬森发明的火车说起。当火车穿过人口稠密地区时,通常会发出汽笛声来警告人们。

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(4)

问题出现了:当火车渐渐靠近时,汽笛音调会变高;当火车渐渐远离时,汽笛音调又会变低。难道发明者如此贴心,还为汽笛装上了变声器?正当人们疑惑这个现象之时,一位奥地利物理学家横空出世,他就是多普勒!

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(5)

机智如他对这个问题做出了准确判断:当机车逼近时,每个连续的声音都稍微追上它前面的那个,因此声音就比火车静止时更频繁地传入耳朵,频率高了,汽笛音调自然就高了;反之亦然。

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(6)

多普勒发现这个现象后,就……回家闷头计算速度与音高的联系,并在1842年解出了他们的数学关系,真是厉害了word物理学家!

高中物理普勒效应(声现象中的多普勒效应)(7)

对多普勒效应最早的实验验证是在荷兰进行的。1845年当时的荷兰皇家气象学院院长巴洛特(Buys Ballot)在乌得勒支铁路上进行了实验,让机车牵引一节平板车厢,上边坐上一队小号手奏乐,当机车快速驶来驶去时,由一些训练有素的音乐家用自己的耳朵判断音调的变化,然后音乐家与号手对调位置,重新实验。实验进行了两天,观测到了管乐器音调的明显变化,验证了应用于声学时多普勒原理的正确性。不难想象,当时的火车速度远不及今天快,因而验证的效果不会特别显著!

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