2020-2021年北京朝陽高三上學期期中物理試卷及答案

2020-08-13 17:13:40 　來源：網(wǎng)絡整理

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　　一、聲波的多普勒效應

　　在日常生活中，我們都會有這種經(jīng)驗：

　　當一列鳴著汽笛的火車經(jīng)過某觀察者時，他會發(fā)現(xiàn)火車汽笛的聲調(diào)由高變低.為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象呢?這是因為聲調(diào)的高低是由聲波振動頻率的不同決定的，如果頻率高，聲調(diào)聽起來就高;反之聲調(diào)聽起來就低.這種現(xiàn)象稱為多普勒效應，它是用發(fā)現(xiàn)者克里斯蒂安多普勒(ChristianDoppler,1803-1853)的名字命名的，多普勒是奧地利物理學家和物理家.他于1842年首先發(fā)現(xiàn)了這種效應.為了理解這一現(xiàn)象，就需要考察火車以恒定速度駛近時，汽笛發(fā)出的聲波在傳播時的規(guī)律.其結果是聲波的波長縮短，好象波被壓縮了.因此，在一定時間間隔內(nèi)傳播的波數(shù)就增加了，這就是觀察者為什么會感受到聲調(diào)變高的原因;相反，當火車駛向遠方時，聲波的波長變大，好象波被拉伸了.因此，聲音聽起來就顯得低沉.定量分析得到f1=(u+v0)/(u-vs)f，其中vs為波源相對于介質(zhì)的速度，v0為觀察者相對于介質(zhì)的速度，f表示波源的固有頻率，u表示波在靜止介質(zhì)中的傳播速度.當觀察者朝波源運動時，v0取正號;當觀察者背離波源(即順著波源)運動時，v0取負號.當波源朝觀察者運動時vs前面取負號;前波源背離觀察者運動時vs取正號.從上式易知，當觀察者與聲源相互靠近時，f1當觀察者與聲源相互遠離時。

　　二、光波的多普勒效應

　　具有波動性的光也會出現(xiàn)這種效應，它又被稱為多普勒-斐索效應.因為法國物理學家斐索(1819-1896)于1848年獨立地對來自恒星的波長偏移做了解釋，指出了利用這種效應測量恒星相對速度的辦法.光波與聲波的不同之處在于，光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化.如果恒星遠離我們而去，則光的譜線就向紅光方向移動，稱為紅移;如果恒星朝向我們運動，光的譜線就向紫光方向移動，稱為藍移.

　　三、光的多普勒效應的應用

　　20世紀20年代，美國天文學家斯萊弗在研究遠處的旋渦星云發(fā)出的光譜時，首先發(fā)現(xiàn)了光譜的紅移，認識到了旋渦星云正快速遠離地球而去.1929年哈勃根據(jù)光普紅移總結出的哈勃定律：星系的遠離速度v與距地球的距離r成正比，即v=Hr,H為哈勃常數(shù).根據(jù)哈勃定律和后來更多天體紅移的測定，人們相信宇宙在長時間內(nèi)一直在膨脹，物質(zhì)密度一直在變小.由此推知，宇宙結構在某一時刻前是不存在的，它只能是演化的產(chǎn)物.因而1948年伽莫夫(G.Gamow)和他的同事們提出大爆炸宇宙模型.20世紀60年代以來，大爆炸宇宙模型逐漸被廣泛接受，以致被天文學家稱為宇宙的標準模型.

　　多普勒-斐索效應使人們對距地球任意遠的天體的運動的研究成為可能，這只要分析一下接收到的光的頻譜就行了.1868年，英國天文學家W.哈金斯用這種辦法測量了天狼星的視向速度(即物體遠離我們而去的速度)，得出了46km/s的速度值。

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