多普勒频移是怎么形成的？

什么是多普勒频移？~

他认为声波频率在声源移向观察者时变高，而在声源远离观察者时变低。一个常被使用的例子是火车，当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。 多普勒效应把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动是更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波形，包括光波。科学家Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河系的光线频率在变高，即移向光谱的红端。这就是红色多普勒频移，或称红移。若银河系正移向他，光线就成为蓝移。 在卫星移动通信中，当飞机移向卫星时，频率变高，远离卫星时，频率变低，而且由于飞机的速度十分快，所以我们在卫星移动通信中要充分考虑“多普勒效应”。另外一方面，由于非静止卫星本身也具有很高的速度，所以现在主要用静止卫星与飞机进行通信，同时为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了卫星移动通信的复杂性。

物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。

扩展资料：
波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。远方急驶过来的火车鸣笛声变得尖细（即频率变高，波长变短），而离我们而去的火车鸣笛声变得低沉（即频率变低，波长变长），就是多普勒效应的现象，同样现象也发生在私家车鸣响与火车的敲钟声。
这一现象最初是由奥地利物理学家多普勒1842年发现的。荷兰气象学家拜斯·巴洛特在1845年让一队喇叭手站在一辆从荷兰乌德勒支附近疾驶而过的敞篷火车上吹奏，他在站台上测到了音调的改变。这是科学史上最有趣的实验之一。
多普勒效应从19世纪下半叶起就被天文学家用来测量恒星的视向速度。现已被广泛用来佐证观测天体和人造卫星的运动。
参考资料：百度百科 多普勒效应

多普勒效应

当你站在公路旁，留意一辆快速行驶汽车的引擎声音，你会发现在它向你行驶时声音的音调会变高（即频率变高），在它离你而去时音调会变得低些（即频率变低）。这种现象叫做多普勒效应。在光现象里同样存在多普勒效应，当光源向你快速运动时，光的频率也会增加，表现为光的颜色向蓝光方向偏移（因为在可见光里，蓝光的频率高），即光谱出现蓝移；而当光源快速离你而去时，光的频率会减小，表现为光的颜色会向红光方向偏移（因为在可见光里，红光的频率低），即光谱出现红移。

在进一步研究多谱勒效应之前，先让我们了解一下有关波的基本知识：

如果我们将一个小石块投入平静的水面，水面上会产生阵阵涟漪，并不断地向前传播。这时波源处的水面每振动一次，水面上就会产生一个新的波列。
设波源的振动周期为T，即波源每隔时间T振动一次，则水面上两个相邻波列之间的距离就为VT，其中V是波在水中的传播速度。在物理学中我们把这一相邻波列之间的距离称为波长，用符号λ表示。这样，波的波长、波速及振动周期三者的关系就可表示为：λ=VT （1）

由于波源振动一次所需的时间为T，则波源在单位时间内振动的次数就为1/T。物理学上，把波源在单位时间内振动的次数称为波的频率，用f表示。这样，它和周期的关系就可表示为f=1/T, 或T=1/f （2）

综合（1）式和（2）式可得：λ=VT=V/f （3）

此式是我们讨论与波有关问题的基本公式，虽然是对水波的传播总结出来的，但它对一切波都适用。

实验研究表明：对于确定的介质，波的传播速度V是一个定值。所以，当波在某一确定的介质中传播时，它的波长λ与它的周期成正比（与频率成反比）。即波的频率越高，周期越小，其波长越短；反之，波的频率越低，周期越大，其波长越长。

对声波而言，声音的频率决定着声音的音调。即声波的频率越高，声波的音调也越高，声音也越尖、越细，甚至越刺耳。根据上述的结论，产生高音的声源振动较慢，振动周期长，对应声波的波长也较长。例如：10000Hz的声波的波长是100Hz声波波长的1/100。

而在可见光中，光波的频率决定着色光的颜色。频率由低到高依次对应红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。其中红光频率最低，波长最长；紫光的频率最高，但波长最短。

下面我们就结合以上的背景知识一起来探究一下有关光的多谱勒效应：

假设有个光源每隔时间T发出一个波列，即光源的周期为T。如图，当它静止时相邻两个波列时间间隔为 T，距离间隔为 λ=cT

式中c表示光速。

当光源以速度V离开观察者时，在每两个相邻的波列之间的时间里光源移动的距离为VT，于是下一个波峰到达观察者所需的时间便增加了VT/c，所以，相邻的两个波峰到达观察者那里所需的时间就为：

T’=T+VT/c>T

即这时相对于观察者而言，光波的周期变长了，频率变低了。根据上面关于频率于光色之间的关系可知，次光的颜色会向红光偏移。物理学上，把这一现象称为红移。

这时到达观察者那里的两个相邻的波列的距离，即波长就变为 λ’=cT+VT

即波长变长了。这两个波长的比值为 λ’/λ= T’/T=1+V/c

即波长增加了V/c，我们把这个相对增加量就成为红移量，它取决于光源的远离速度。由于一般情况下V<< c，所以看不到光谱的红移现象；仅当V与c可以比较时，才有可能出现较为明显的红移现象。

例如室女座星系团正以约1000公里/秒的速度离开我们的银河系，于是它的频谱上任何谱线的波长都要比正常值大一个比率 λ’/λ=1+V/c =1+10000/300000=1.0033

若光源是向着观察者运动的，这时只需将以上公式中V改为-V就可以了。所不同的是，这时将出现光的蓝移现象。

根据光源的移动速度，我们可以计算出光在频谱中的偏移量；反之，根据光在频谱中的偏移量，我们也可以计算出光源相对我们的移动速度。理解这一点，我们就不难理解哈勃定律的发现过程了。

运动中的点波源 : 多普勒效应及震波

我们都曾有过这样的经验，当警车或救护车从远方靠近时，感觉其警报声音的频率似乎越来越高，
而远离时则越来越低。

这种效应由 CHristian Doppler 首先提出解说：
当声源朝观察者靠近时，前方的波由於声源的运动而被压缩，於是感觉频率增高了。
反之，远离时则波前间的距离增加了，而感觉频率变小了！如下图：波源往右方运动

听到声音的频率变化是连续的，可是为何课本所提频率变化的公式数值
却是固定的呢？ 是多了怎样的限制条件呢？

对光源而言，也有类似的现象，下图：波源往左方运动
则不同方向的观察者分别会看到 蓝位移(blueShift) 与红位移(Redshift)。

例如：由观察宇宙中各星球的光谱都有红位移的现象，即 各星球似乎都远离我们而去。
人们推断目前宇宙仍然在继续扩大之中。
以下这个 Java 动画让你看出各种不同波源速度下，相对於静止观察者所感受到的都卜勒效应。

可变动的参数

波速 波长 以及波源行进的速度 (以滑鼠按住相对应箭头顶端后 拖动滑鼠)
若在视窗内按下滑鼠钮 将暂停动画 再按一次则继续

当波源行进的速度大於波速时 将产生震波

物理解说：

如下图，当水面上的小虫子在原地摆动它的肢体时，会产生以它为圆心 向四方散开的水波

假如 小虫子摆动它的肢体时 也同时朝著前方游动时，我们可能会观察到如下的水波
（当 小虫子 游动的速率 小於 水波传递的速率时）

若是波速恰好等於波源移动的速率时，则会产生如下的图形

下图则 综合各种不同 速度时的情形，v 为 虫子游动的速度， vw为水波的波速

事实上，以上的情形适用於所有的波动，水波 声波等。
当 波源移动的速度大於波本身的速度时，会形成一三角形（三度空间时：圆锥形）的波前，

所有的波同时抵达最前方的波前上，於是波相叠加，而形成震波(Shock wave)。

下图是超音速飞机飞行时所形成震波的圆锥形区域。

超音速飞机会产生两道震波 ，如左下图所示

由於飞机飞得比声音还快，因此 右上图中 A 虽然已经看到飞机，

但是却尚未听到飞机所产生的震波（刚传到 B 处）。

多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。
　　他认为声波频率在声源移向观察者时变高，而在声源远离观察者时变低。一个常被使用的例子是火车，当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。
　　多普勒效应(doppler efect)
　　把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
　　所谓多普勒效应就是当发射源与接收体之间存在相对运动时，接收体接收的发射源发射信息的频率与发射源发射信息频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。声音的传播也存在多普勒效应，当声源与接收体之间有相对运动时，接收体接收的声波频率fR与声源频率f存在多普勒频移Δf(doppler shift)即
　　Δf=fR-fT
　　当接收体与声源相互靠近时，接收频率fR 大于发射频率fT即：
　　Δf>0
　　当接收体与声源相互远离时，接收频率 小于发射频率 即：
　　Δf <0
　　若接收体与声源相互靠近或相互远离的速度为v，声速为c，则接收体接收声波的多普勒频移为：
　　Δf= f·v/c
　　多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波形，包括光波。科学家Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河系的光线频率在变高，即移向光谱的红端。这就是红色多普勒频移，或称红移。若银河系正移向蓝端，光线就成为蓝移。
　　在卫星移动通信中，当飞机移向卫星时，频率变高，远离卫星时，频率变低，而且由于飞机的速度十分快，所以我们在卫星移动通信中要充分考虑“多普勒效应”。另外一方面，由于非静止卫星本身也具有很高的速度，所以现在主要用静止卫星与飞机进行通信，同时为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了卫星移动通信的复杂性。

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东西湖区19375023724： 多普勒频移是怎么出现的呢? ？
闵健人胎： 当声束辐照血液时,血球引起声波的散射,各血球的散射波合成接收波,并出现多普勒频移

东西湖区19375023724： 无线电波多普勒频移的原理是什么? ？
闵健人胎： 无线电波多普勒频移根据多普勒效应,由于无线电波发射端和接收端之间的相对运动,接收端接收到的信号频率将与发射端发出的信号频率之间存在一个差值,该差值就是多普勒频移

东西湖区19375023724： 有关可见光的多普勒效应形成的条件是什么?如果形成,移动的光源不就会发生颜色的变化? - ？
闵健人胎：[答案] 多普勒认为,物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化.在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移 (blue shift)).在运动的波源后面,产生相反的效应.波长变得较长,频率变得较低 (红移 (red shift))....

东西湖区19375023724： 谁能解释一下“多普勒频移”? - ？
闵健人胎： 多普勒频移多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的,他于1842年首先提出了这一理论. 他认为声波频率在声源移向观察者时变高,而在声源远离观察者时变低.一个常被使用的例子是火车,当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更...

东西湖区19375023724： 相对论和光的多普勒效应有什么区别? - ？
闵健人胎： 所谓多普勒效应就是,当声音,光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同.因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的,所以称之为多普勒效应.由多普勒效应所形...

东西湖区19375023724： 什么是频谱多普勒超声? ？
闵健人胎： 频谱多普勒超声主要用于显示一维方向上的血流信息,包括脉冲式多普勒和连续式多 普勒,目前公认其是血流动力学定量分析中的首选手段.频谱多普勒超声基于多普勒效...

东西湖区19375023724： 什么是多普勒效应,它和多普勒雷达有什么关系? - ？
闵健人胎： 多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位,测速,测距等工作的雷达.所谓多普勒效应就是,当声音,光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同.因为这一现象是奥地利...

东西湖区19375023724： 什么是多普德效应? - ？
闵健人胎： 应该是多普勒效应,翻译的不同.所谓多普勒效应就是,当声音,光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同.因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的,所以称之...

东西湖区19375023724： 龙卷风是怎样形成的 - ？
闵健人胎： 没有人真正知道,其中心的气压可以比周围气压低百分之十. 龙卷风的形成 龙卷风是云层中雷暴的产物,气流被从四面八方吸入涡旋的底部.由于它的出现和分散都十分突然,所以很难对它进行有效的观测. 什么是龙卷风 龙卷风是一种涡旋,...