AP物理1:多普勒效应

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例子问题

例子问题1:多普勒效应

一辆警车正在等红灯。他后面的一辆车傻乎乎地碰碰运气,闯了红灯。警官立即打开警笛开始追赶那辆车,并以.警笛的频率为500Hz。如果你站在红灯前,在警察开始追赶那辆车6秒后,你感觉到的频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

我们只需要知道多普勒效应方程来解决这个问题:

由于观察者(你)没有移动,我们可以将方程重写为:

下面将解释在分母中使用加法的原因。

我们知道我们所有的值,所以我们可以简单地解出感知频率:

对于多普勒效应方程,不要浪费时间去记忆符号是否应该是.我们故意使它们相同,以强调以下观点。实际地考虑一下情况。警车正在离你远去。因此,我们知道感知到的频率将小于源。我们如何降低频率?我们要么降低分子,要么增加分母。因为我们只能处理分母,所以我们将使用+号。知道这一点也会帮助你立即排除所有出现频率增加的答案。

例子问题2:多普勒效应

你的一位家庭成员说服你和他们一起参加10公里比赛。你正在以稳定的速度奔跑.一个非常喜欢跑10公里比赛的人在你身后拿着扩音器,讲笑话,鼓励其他选手,只是自己有点太享受了。如果他的速度是他的声音平均频率是800Hz,你听到的声音的感知波长是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

这是一个两步走的问题。首先,我们需要计算你所感知到的频率,然后将频率转换为波长。

为了计算感知频率,我们需要多普勒方程:

代入我们的价值观,我们得到:

下面将解释使用这些符号的原因。

现在我们需要使用以下公式将频率转换为波长:

如果你不知道这个方程,用你的单位来推理!

代入我们的价值观,我们得到:

对于多普勒效应方程,不要浪费时间去记忆符号是否应该是.我们故意使它们相同,以强调以下观点。实际地考虑一下情况。你正在远离声源。这将降低感知频率。我们如何降低频率?把分子变小。因此,我们减去你(观察者)的速度。源向你移动。这将增加感知频率。 How do we increase the frequency? Decrease the denominator. Therefore, we also subtract his (the source's) velocity.

例子问题3:多普勒效应

一天早上,你骑着自行车去上班。你的平均速度是.一辆警车沿着街道朝你开过来,速度是.如果警笛发出的最高频率为你在这里的最高频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

我们需要知道多普勒效应的方程来解决这个问题:

与其死记硬背符号惯例,我们可以实际地考虑情况。你正在向源头移动,这将增加你的感知频率;因此,我们要加上你的速度。源向你移动,这将进一步增加感知频率。因为源的速度在分母上,我们要减去它。

为每个变量插入值:

例子问题1:多普勒效应

一组风暴追踪者发现了一场龙卷风正在以.风暴追逐者在风暴的南边,试图追赶。如果它们以的平均频率来自风暴的声音,风暴发出的声音的实际频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

我们需要多普勒效应方程来解决这个问题:

与其死记硬背符号惯例,我们可以实际地考虑情况。追逐者正在向风暴移动,增加了它们的感知频率。因为它们的速度在分子上,我们把它加到声速上。风暴正在远离它们,降低了它们的感知频率。速度在分母上,所以我们把它也加起来。

我们正在求解实际频率(而不是感知频率),所以我们需要重新排列方程:

我们有每个变量的值,允许我们求解:

例5:多普勒效应

你开着车经过一场非常吵的音乐会.如果一个特定的长音符的频率是740赫兹,当你接近音乐会时,你听到的音符的频率是多少?当你离开音乐会时,你听到的音符的频率是多少?声速在空气中是

可能的答案:

往音乐会方向走:

离开音乐会:

往音乐会方向走:

离开音乐会:

往音乐会方向走:

离开音乐会:

往音乐会方向走:

离开音乐会:

正确答案:

往音乐会方向走:

离开音乐会:

解释

记住运动观察者的多普勒效应方程:

现在,识别给定的信息:

(这是声音在空气中的速度。)

当你向音乐会方向移动时,要用加号。因此,视频率为

当你离开音乐会时,使用负号。因此,视频率为

示例问题21:

一位天文学家在观测一颗遥远的恒星时,发现她观测到的光的频率比她预期的要低。她得出结论,她的望远镜和恒星之间有运动。什么样的运动可以解释天文学家的观测结果呢?

可能的答案:

地球在远离恒星或者说恒星在远离地球。

地球一定在向恒星移动

地球一定在远离恒星

地球向恒星移动或者恒星向地球移动

那颗恒星一定在远离地球

正确答案:

地球在远离恒星或者说恒星在远离地球。

解释

波的多普勒频移可以由观测者(天文学家)或源(恒星)的运动引起。由于频率降低,运动必然被恒星或地球或两者都远离。

示例问题7:多普勒效应

一个人在炫耀他们的新音响系统,他正以……的速度向一群人驶去.这群人是静止的。如果汽车发出的声音频率为421Hz,那么观察到的声音频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

由于相对速度引起的观测频率与源频率之间的差异称为多普勒效应,由以下公式给出:

在哪里为观测频率,是源频率,是声速,观察者的速度,和是源的速度。观察者的速度等于零,因为这群人是静止的。我们已知的声速为.源的频率为421Hz。我们必须把源的速度转换成,转换后等于.最后,我们必须确定分母项的符号应该是正号还是负号;因为我们正在接近这群人,所以观察到的频率应该更高,因此负号是合适的(使分母更小,结果更大)。我们最终的答案是442Hz。

例8:多普勒效应

视频率是多少波以一定的速度传播和频率它以一定的速度远离你,你正以某种速度向它移动?注意:这里指的不是光速。

可能的答案:

正确答案:

解释

多普勒效应的公式是:

,在那里是波的视频率,是实际的频率,是波速,是探测器的速度,是源的速度。在我们的例子中,探测器(也就是你)正以一定的速度向源移动,使分子变成加号。源正以一定的速度远离我们,使得分母也是一个加号。知道了这些,我们现在可以代入我们的方程:

问题9:多普勒效应

萨米拉站在市场街和第20大道的拐角处。一辆平板卡车的后面坐着一支摇滚乐队从她身边驶过。在她和萨米拉扯平的时候,主唱以.如果卡车以恒定速度行驶,歌手对萨米拉的视频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们可以检查多普勒效应方程:

在哪里是观察者的速度,是声源在空气中的速度,vs是声源的速度,是源的原始频率,和是源对观察者的视频率。因为我们处理的是一个静止的观察者和一个运动中的声源,我们将声源的速度加到声速上。然后我们可以把问题给出的值代入上面的方程:

例子问题10:多普勒效应

地球上的天文学家观察一颗遥远的恒星,分析来自那颗恒星的氢的光谱线。他们发现来自恒星的氢的波长是但是天文学家知道地球上氢的波长是.那颗遥远的恒星远离地球的速度有多快?

可能的答案:

正确答案:

解释

我们需要做的第一件事是将给定的波长转换为可用的频率,使用:

在哪里是频率,光速是光速吗,是波长。一旦我们有了频率,我们就可以得到恒星相对于地球的速度:

把已知值代入多普勒方程。我们可以假设地球相对于恒星是静止的。

简化。

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