光学与波动 · 人教版高中物理选择性必修一第三章第五节

多普勒效应与移动声源频移模拟器

多普勒效应精髓：波源靠近观察者时，前方波前被压缩，波长变短、接收频率变高（音调变尖）；波源远离时，后方波前被拉伸，接收频率变低（音调变沉）。

本地计算 · 数据不上传

考点预设与典型误区：

3D 物理实验视窗● 60 FPS

速度:

实验控制变量

波源移动速度 vs

m/s

波源发射频率 f0

介质声速 v

m/s

观察者移动速度 v0

m/s

靠近接收频率 f_迎

远离接收频率 f_离

马赫数 Mach

光波频移类比

【实时推导与公式代入】

基本公式： --

代入过程： --

物理状态： --

【题干】 警车以 34m/s 的速度向静止的行人疾驰，警笛固有频率为 900Hz，空气中声速为 340m/s。行人听到的声音频率是多少？警车驶过离开后听到的是多少？

【详细计算步骤】

1) 靠近时：f1 = f0 × v / (v - vs) = 900 × 340 / (340 - 34) = 900 × 340 / 306 = 1000Hz；2) 远离时：f2 = f0 × v / (v + vs) = 900 × 340 / (340 + 34) = 900 × 340 / 374 ≈ 818.2Hz。

【题干】 哈勃发现绝大多数河外星系的光谱都表现为“红移”，这一天文现象证明了什么？

【详细计算步骤】

Q1. 变式 1：波源自身发射的波长和频率改变了吗？为什么观察者接收到的频率会改变？

Q2. 变式 2：交警使用的雷达测速仪是怎样测量超速车辆的瞬间速度的？

Q3. 变式 3：超声多普勒彩超（D-彩超）在医学检查中有什么重要应用？

坐在急救车里的司机听到的警笛声会发生多普勒频移吗？

不会！因为司机与警笛之间相对静止（相对速度为零），声波在车厢内的波前没有被压缩或拉伸，司机听到的始终是警笛真实的固有频率。

如果波源超音速飞行（如战斗机），站在地面的人什么时候能听到声音？

当飞机超音速飞过头顶时，地面人完全听不到声音（飞机比声音跑得更快）；直到激波马赫锥面扫过地面时，人耳才会突然听到一声震耳欲聋的“音爆”，随后才听到轰鸣声。

多普勒红移和多普勒蓝移分别代表什么运动方向？

蓝移（频率升高、波长变短）代表物体正朝向我们靠近（如仙女座大星系）；红移（频率降低、波长变长）代表物体正远离我们远去（如绝大多数遥远深空星系）。

多普勒天气雷达是如何预测暴风雨和龙卷风的？

雷达发射电磁波，空中雨滴和冰雹反射电磁波。通过分析反射波的多普勒频移，气象学家可以洞察云团内部风场风速、旋转气流，提前数十分钟预警龙卷风。