Bài 18. Hiệu ứng Đốp-ple

Trêngthpt SONTAY Gv:NGUYENQUYNHHUONG_tæ lý.KTCN KIỂM TRA BÀI CỦ Nêu khái niệm bước sóng, biểu thức tính bước sóng? -Bước sóng là quãng đường màsóng truyền được trong một chu kỳ dao động. . v v T f λ = = Biểu thức: -Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhất trên phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó là cùng pha u M x λ 2λ O A -A v.2.T λ Chọn câu sai khi nói về sóng âm: A. Sóng âm truyền trong không khí là sóng dọc B.Độ cao của âm phụ thuộc vào tân số âm, âm càng cao thì tần số âm càng lớn. C.Độ cao của âm phụ thuộc vào tân số âm, âm càng cao thì tần số âm càng nhỏ. D. Sóng âm truyền trong không nước là sóng dọc, trong chất rắn cả sóng ngang và sóng dọc HIỆU ỨNG ĐỐP - PLE 1.Thí nghiệm Nhận xét: Nguồn âm chuyển động lại gần nghe thấy âm cao hơn Nguồn âm chuyển động ra xa nghe thấy âm thấp hơn Tần số âm máy thu nhân được thay đổi Kết luận: Khi khoảng cách giữa nguồn sóng và máy thu (người nghe ) thay đổi theo thời gian thì tần số sóng máy thu nhận được thay đổi. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Đốp- ple. s v v M 1 2 3 4 M 2. Giải thích hiện tượng. Gọi: v là tốc độ truyền sóng ( đỉnh sóng) f là tần số sóng a. Nguồn âm đứng yên,người quan sát ( máy thu ) chuyển động. λ v M là tốc độ dòch chuyển của máy thu A 1 A 2 Tần số sóng máy thu nhận được + máy thu chuyển động lại gần: + máy thu chuyển động lại gần: Tần số sóng máy thu nhận được A 1 v M v M Quãng đường đỉnh sóng A 1 dòch trong 1 giây? s s = v Quãng đường máy thu chuyển động trong 1 giây? s s 1 = v M Quãng đường đỉnh sóng đi qua máy thu trong 1 giây? s M v v= + Trong 1 giây,tai người quan sát ( máy thu )đã đón nhận được số lần bước sóng? / M v v f f v + = / ( )f f> + máy thu chuyển động ra xa : Quãng đường đỉnh sóng đi qua máy thu trong 1 giây? / M s v v= − Tần số sóng mà người nghe ( máy thu ) nhận được? // M v v f f v − = / ( )f f> a. Nguồn âm đứng yên,người quan sát ( máy thu ) chuyển động. Tần số sóng máy thu nhận được / M v v f f v ± = M v− :Máy thu chuyển đông lại gần (f / >f) M v+ :Máy thu chuyển đông ra xa (f / <f) s v v s s s s / λ 1 4 2 3 A 1 A 2 M M / / / λ A 2 / A 1 / 1 2 3 4 b. Nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát đứng yên Gọi v s là tốc độ dòch chuyển của nguồn âm s v v s s s s / λ 1 4 2 3 A 1 A 2 M M / // λ A 2 / A 1 / 1 2 3 4 b. Nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát đứng yên s A 1 v r v s A 2 Tần số sóng âm máy thu nhận được Quãng đường đỉnh sóng A 1 truyền đi trong 1 chu kỳ? 1 . A v s v T f λ = = = Quãng đường nguồn sóng di chuyểnđược trong 1 chu kỳ? . s s s v T= Tính ? / λ / λ Tần số f / máy thu nhận đựơc? / s v f f v v = − / ( )f f> Tần số sóng âm máy thu nhận đượckhi nguồn âm ra xa // s v f f v v = + / / ( )f f< [...]... sóng âm máy thu nhận được v ± vM f = f v ± vs / vM , vs = 0 khi máy thu, nguồn âm đứng yên Nguồn âm tiến lại gần máy thu Máy thu tiến lại gần nguồn âm ng dụng Máy đo tốc độ f > f / Câu 01: Hiệu ứng Đốp Ple gây ra hiệu ứng gì sau nay: A.Thay đổi cường độ âm khi nguồn âm chuyển động so với người nghe B.Thay đổi độ cao của âm khi nguồn âm chuyển động so với người nghe C.Thay đổi âm sắc của âm khi ngườiHiệu ứng Doppler Cấn Kim Ngân Lịch sử phát triển    Doppler lần đề xuất hiệu ứng vào năm 1842 Giả thuyết kiểm tra với sóng âm Buys Ballot năm 1845 Hippolyte Fizeau độc lập phát tượng với sóng điện từ năm 1848 Biểu diễn toán học  Đối với sóng trung  Đối với sóng ánh sáng Các ứng dụng    Thường ngày   Một tiếng còi xe cấp cứu tiến đến ta có tần số cao (chói hơn) xe đứng yên Tần số giảm dần (trầm hơn) xe vượt qua ta nhỏ bình thường xe chạy xa   Nhà thiên văn học John Dobson giải thích tượng trên: "lý mà tiếng còi giảm xe không tông bạn"  Radar  Một chùm radar bắn tới mục tiêu di chuyển – ví dụ xe oto Sử dụng chế radar hiệu ứng Doppler, phát bước sóng radio có tần số xác định f0 thu nhận tần số sóng radio f1 phản xạ ngược trở lại từ phương tiện giao thông di chuyển với vận tốc u Từ f0 f1 ta Âm học nước  Trong ứng dụng quân sự, dịch chuyển Doppler mục tiêu biết tốc độ tàu ngầm sử dụng hệ thống thiết bị phát tàu ngầm Đo dòng chảy  Những dụng cụ tốc kế Doppler laser (LDV), tốc kế Doppler âm (ADV) phát triển để đo vận tốc dòng chất lỏng LD xạ chùm sáng ADV tiếng nổ siêu âm, đo dịch chuyển Doppler với bước sóng phản xạ từ phần tử chuyển động với dòng chảy The Doppler Effect and Sonic Booms  Nguồn âm đứng yên  Nguồn chuyển động với vnva (mach 1.4-siêu thanh)  Siêu âm Doppler :  Siêu âm Doppler phương pháp ứng dụng hiệu ứng doppler Người ta phát song siêu âm tới phận cần khảo sát chức thu hồi song phản xạ Từ khác biệt tần số tới phản hồi ta có thiết bị xủ lý hiển thị lên ảnh Ảnh cho biết chức hoạt động quan Siêu âm doppler có loại :     - Doppler sóng liên tục (continuous wave Doppler) - Doppler kép (duplex doppler) – Doppler màu (color doppler) – Doppler lượng (power Doppler) Ứng dụng siêu âm Doppler :     – Khảo sát hoạt động thông số chức tim – Khảo sát hệ thống tĩnh mạch cửa, tĩnh mạch gan – Khảo sát bệnh lý động mạch thận – Khảo sát bệnh lý động mạch chủ bụng Ánh sáng hiệu ứng Doppler   Phổ sóng điện từ nhận cách thay đổi bước sóng tần số ánh sáng Đối với ánh sáng vô tuyến, bước sóng đạt tới 1km với tần số tương đối nhỏ, cỡ 300.000km/s  λquansat λ phat v = 1+ c  Bước sóng ánh sáng (hay tần số hoặc  lượng nó) thay đổi nguồn sáng chuyển động người quan sát (hoặc người quan sát chuyển động nguồn sáng: tính chuyển động tương đối) v vận tốc tương đối nguồn sáng người quan sát, c vận tốc ánh sáng   Độ dịch chuyển phía đỏ định nghĩa độ thay đổi tương đối bước sóng so với bước sóng phát Ngược lại, tượng co ngắn bước sóng ánh sáng  phát chuyển động tiến lại gần nguồn sáng gọi "dịch chuyển phía xanh" z=  λquansat − λ phat λ phat v = c Khi  v tiến tới gần c, ta phải dùng công thức cho thuyết Tương đối hẹp: z= λquansat − λ phat λ phat v 1+ c = v (1 − ) c  Rất gần thôi, độ dịch phía đỏ biết thiên  hà nhỏ so với độ dịch quasar: chúng  không vượt Nhưng  vào năm 1988, thiên  hà xa phát chúng có z đạt tới cỡ 3,5 so với độ dịch quasar Những quan sát ngụ ý thiên hà sinh từ sớm, khoảng 2-3 tỉ năm sau Big Bang Mọi mô hình vũ trụ có tham vọng mô tả hình thành thiên  hà phải tính đến điều Đo nhiệt độ  Một ứng dụng khác hiệu ứng Doppler, mà tìm thấy hầu hết vật lý plasma vật lý thiên văn, đánh giá nhiệt độ khí (hay nhiệt độ sắt plasma) mà xạ vạch phổ Do chuyển động nhiệt nguồn xạ, ánh sáng xạ hật dịch chuyển nhỏ phía đoe xanh, hiệu ứng tổ hợp làm mở rộng phổ Dạng phổ gọi hồ sơ Doppler bề rộng phổ tỉ lệ bậc hai nhiệt độ chuỗi xạ, cho phép dải quang phổ (với bề rộng ưu mở rộng Doppler) sử dụng đẻ tính toán nhiệt độ Bài 18. HIỆU ỨNG ĐÔP-LE I. Mục tiêu: - Nhận Biết được thế nào là hiệu ứng Đôp-le. - Giải thích được nguyên nhân của hiệu ứng Đôp-le. - Vận dụng được công thức tính tần số âm mà máy thu ghi nhận được khi nguồn âm chuyển động, máy thu đứng yên và khi nguồn âm đứng yên còn máy thu chuyển động. II. Chuẩn bị: - Bộ thí nghiệm tạo hiệu ứng Đôp-le bằng cách cho nguồn âm quay quanh một quỹ đạo tròn trong mặt phẳng nằm ngang. - Hai hình vẽ phóng to để lập luận về sự thay đổi bước sóng âm khi nguồn âm hay máy thu chuyển động, suy ra sự thay đổi tần số âm. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Kiểm tra bài cũ – Nêu vấn đề mới: 1) Giáo viên: + Nêu câu hỏi kiểm tra: - Bài tập trắc nghiệm đã chuẩn bị trên phiếu học tập. - Câu hỏi với nội dung: các đại lượng đặc trưng của âm. Liên hệ giữa cường độ âm và mức cường độ âm; ngưỡng nghe và ngưỡng đau. + Yêu cầu HS phân tích, lựa chọn phương án đúng. - Một người chạy tiến lại một ôtô đang đứng yên sẽ nghe thấy âm do còi ôtô phát ra to hơn. - Chỉ nghe thấy còi ô tô phát ra to hơn khi ô tô đó chuyển động tiến về phía người đó 2) Học sinh: - Trả lời câu hỏi kiểm tra. - Phân tích, tìm hiểu vấn đề mới. Hoạt động 2. (10’) Tìm hiểu Hiệu ứng Đôp-le Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Yêu cầu HS đọc SGK mục thí nghiệm. -GV thực hiện TÁN, HS quan sát TÁN và rút ra nhận xét. +Cho HS nghe âm do một nguồn phát ra, sau đó cho nguồn chuyển động tròn đều. +HS rút ra nhận xét. -Nêu câu hỏi: ? Nghe to hoặc nhỏ hơn cho thấy có sự Bàiến đổi gì của -Nghe và rút ra nhận xét. +Nguồn lại gần, HS nghe to hơn. +Nguồn ra xa, HS nghe nhỏ hơn. +Có sự thay đổi tần số của sóng khi nguồn chuyển động *TÁN cho thấy: -Khi nguồn âm chuyển động lại gần máy thu, âm nghe to hơn. -Khi nguồn âm chuyển động ra xa máy thu, âm nghe nhỏ hơn. *Sự thay đổi tần số sóng do nguồn sóng chuyển động tương đối so với máy thu gọi là hiệu ứng Đốp-le. âm -GV thông báo. Hoạt động 2. (20’) Giải thích hiệu ứng Đôp-le. -GV nêu vấn đề, gợi ý: So sánh tần số sóng người quan sát nghe được trong trường hợp nguồn âm đứng yên và người quan sát đứng yên với tần số sóng trong trường hợp người quan sát lại gần nguồn âm. -Nêu câu hỏi gợi ý: H 1 . Nguồn âm đứng yên, người quan sát đứng yên, tốc độ truyền của sóng âm là v, tần số sóng xác định thế nào? H 2 . Nếu người quan sát chuyển động lại gần nguồn âm với tốc độ vM thì tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng so với người quan sát bằng bao nhiêu? H 3 . Xác định quãng đường Nghe GV phân tích, gợi ý và trả lời câu hỏi. -Nguồn đứng yên, người quan sát đứng yên. v f   -Người quan sát lại gần nguồn âm, vận tốc vM thì tốc độ dịch chuyển của đỉnh Gọi v: tốc độ truyền sóng từ nguồn âm phát với tần số f (tốc độ dịch chuyển của một đỉnh sóng) v f   -Gọi v M : tốc độ của máy thu. 1) Nguồn đứng yên, máy thu chuyển động: a) Máy thu lại gần nguồn: quan sát thấy chiều chuyển động của đỉnh sóng và máy thu ngược chiều. + Tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng so với máy thu: v + v M . + Quãng đường đỉnh sóng trong thời gian t: (v + v M )t + Số bước sóng đã dịch chuyển mà đỉnh sóng lại gần người quan sát trong thời gian t. H 4 . Số lần đỉnh sóng (số bước sóng) qua tai người trong thời gian t? H 5 . Trong 1 giây có bao nhiêu đỉnh sóng đi qua tai người? Số lượng này là gì? H 6 . Trường hợp máy thu ra xa nguồn, có điều gì khác với kết quả trên? H 7 . Trường hợp nguồn âm chuyển động lại gần máy thu. BÀI TẬP: HIỆU ỨNG DOPPLER GVHD: Nguyễn Thu Vân Sinh viên: Nguyễn Nhân Tĩnh – dtys-k52 Giới thiệu: Hiệu ứng Doppler là hiệu ứng mà tần số của máy thu bị dịch đi một khoảng khi có chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu. Sự dịch tần này có thể bắt gặp ở bất cứ đâu xung quanh ta, như âm thanh của một chiếc xe đang chuyển động… và ứng dụng của nó thì rất nhiều. Như là đo vận tốc của phương tiện giao thông, chuyển động của mô, chuyển động của thành mạch máu, hay như trong thiên văn các nhà khoa học tính vận tốc của các hành tinh. Ở đây chúng ta chỉ đề cập tới hiệu ứng doppler trong sóng âm. 1. Sóng âm của nguồn phát đứng yên: Ta xét một nguồn phát sóng âm đứng yên. Do tính chất truyền âm trong môi trường ta có được hình dạng của sóng âm như hình vẽ: Gọi λ là bước sóng của nguồn phát đứng yên, nhìn trên hình vẽ ta thấy sóng âm tong không gian là các sóng đồng tâm, các mặt sóng cách đều nhau một khoảng là .Giải sử vận tốc sóng truyền trong không gian là c . Nguồn đứng yên, gọi tần số sóng phát ra là f 0 , từ đây ta có:  λ =   Và chu kì của sóng: T 0 = 1/f 0 2. Sóng âm của nguồn phát chuyển động, nguồn thu đứng yên. Khi nguồn phát hay nguồn thu chuyển động, hiệu ứng Doppler sẽ xảy ra. Khi đó ta có phân bố sóng âm như hình vẽ sau: Về phía chuyển động ta thấy các sóng có bước sóng ngắn hơn, về phía ngược lại ta có bước sóng sẽ dài hơn. Dọc theo hướng chuyển động của nguồn, các bước sóng này về một phía có độ lớn giống nhau. Gọi λs là bước sóng của sóng do hiệu ứng Doppler gây ra. - Ta xét trường hợp nguồn phát chuyển động về phía nguồn thu: Gọi vận tốc chuyển động của nguồn là : v s . Trong thời gian T 0 , thì sóng sẽ di chuyển được quãng đường là λ, và nguồn sẽ di chuyển được là: v s .T 0 . như vậy thời khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp sẽ là: λ s = λ – v s .T 0 từ đó ta có tần số mà nguồn thu sẽ thu được là: f s =   = 0 . s c vT   = 1 () . 1 so c vT    = 0 1 () 1 s f v c  Nếu ta có vs << c thì ta có công thức gần đúng: 1 () 1 s v c   1 + s v c Vậy ta có: f s = f 0 .( 1 s v c  ) nếu nguồn phát đi ra xa nguồn thu thì ta có: f s = f 0 .( 1 1 s v c  ) 3. Sóng âm với nguồn phát đứng yên, nguồn thu chuyển động. Ta xét trường hợp nguồn thu chuyển động với vận tốc là v r tới nguồn phát đứng yên phát sóng có tần số là f o . Ta xét sự gặp nhau của chúng ở các đỉnh sóng. Ta có bước sóng vẫn là λ, và vận tốc truyền sóng là c. Thời gian để nguồn thu nhận được hai đỉnh sóng liên tiếp là T r Trong thời gian T’ thì sóng đi được quãng đường là: c.T r Và nguồn thu di chuyển được với quãng đường: v r .T 1 Như hình vẽ: Từ đây ta có: λ = c.T r + v r .T r  T r = r vc   Gọi tần số sóng âm mà nguồn thu thu được là fr  f r = 1 r T = r cv   = (1 ) r v c c   = f 0 . (1 ) r v c  tương tự ta có sóng âm mà nguồn thu dịch chuyển ra xa nguồn có tần số: f r = f 0 .( 1 1 r v c  ) 4. Trở lại với bài toán về bài toán siêu âm: Ta có, ban đầu nguồn phát phát ra sóng có tần số là f 0 , đập tới vật chuyển động có vận tốc là v, phản xạ lại tần số f 1 , và nguồn phát thu lại sóng âm có tần số là f 2 . Xem hình vẽ sau: Áp dụng công thức doppler cho nguồn đứng yên vật thu chuyển động ta có: f 1 = f 0 .( 1 v c  ) khi sóng phản xạ thì đây là trường hợp nguồn phát chuyển động và máy thu đứng yên:  f 2 = f 1 .( 1 v c  )  f 2 = f 0 .( 1 v c  ) 2 áp dụng công thức gần đúng ta có:  ( 1 v c  ) 2  1+ 2 v c  f 2 = f 0 (1 + 2 v c ) vậy ta có dịch tần Doppler: f D = f 2 – f 0 = 2 v c .f 0 Kết Luận: ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Sự thay đổi tần số sóng mà máy thu nhận có chuyển động tương đối máy thu nguồn phát Hiệu ứng Doppler sóng âm Hiệu ứng Doppler sóng điện từ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Doppler Effect  This is the apparent change in frequency of waves due to the motion of the source/observer  Note: The higher the frequency the higher the pitch e.g car sounding its horn coming toward you, ambulance siren coming toward you etc… An example of this would be a formula one car as it drives past 1/6/2012 Note how the frequency of the sound changes Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only I HIỆU ỨNG DOPPLER ĐỐI VỚI SÓNG ÂM u : vận tốc nguồn âm (NA) u’: vận tốc máy thu (MT) v : vận tốc truyền âm f’: tầnsố sốNA MT f  v (  : bước sóng NA) f: tần  T: chu kỳ Qui ước u > NA lại gần MT , u < (NA xa MT) u’ >0 MT lại gần NA , u’< (MT xa NA) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only NA MT chuyển động  NA MT tiến lại gần  A Bước sóng A phát  '    uT Tần số MT nhận v' f ' ' ' v  u  f ' f v u  u’ > B u>0 Vận tốc truyền âm từ A đến B u > v’ = v + u’ v  b’ b v a  A  B uT ’  f ' f Kết luận: MT nhận tần số lớn tần số nguồn phát Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only NA MT chuyển động (tt)  NA MT xa v’ = v - u’ v A  u>0  '    uT B  u’ > Tần số MT nhận v  u' f ' f vu  f ' f Kết luận: MT nhận tần số nhỏ tần số nguồn phát Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only NA đứng yên, MT chuyển động u  0; u '  Tần số MT nhận u’ >  v  u' f f ' v u’ <    TH u ' , R hợp với góc u' f '  (1  cos 1 )f v B R f ' f f ' f 1 A Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only MT đứng yên, NA chuyển động u '  0; u  Tần số MT nhận v f ' f vu TH f ' u>0  f ' f u[...]... điện từ có hiệu ứng Doppler ngang Sự trôi chậm của thời gian T T0 1  2 hay f  f 0 1   2 • T’=T0: chu kỳ dđ của điện từ trong HQC K’ • T: chu kỳ dđ của điện từ trong HQC K Hiệu ứng Doppler ngang (tỉ lệ u2/c2 ) yếu hơn hiệu ứngDoppler dọc (tỉ lệ với u/c) một cách đáng kể Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Applications of Doppler Effect...  2 Hay f  u (1  cos ) c (a)   Công thức (a) ứng nguồn phát sóng chuyển động với vận tốc u hợp với phương quan sát 1 góc   Nếu u ... chuyển động với vs>va (mach 1.4-siêu thanh)  Siêu âm Doppler :  Siêu âm Doppler phương pháp ứng dụng hiệu ứng doppler Người ta phát song siêu âm tới phận cần khảo sát chức thu hồi song phản xạ Từ... hình vũ trụ có tham vọng mô tả hình thành thiên  hà phải tính đến điều Đo nhiệt độ  Một ứng dụng khác hiệu ứng Doppler, mà tìm thấy hầu hết vật lý plasma vật lý thiên văn, đánh giá nhiệt độ khí... tông bạn"  Radar  Một chùm radar bắn tới mục tiêu di chuyển – ví dụ xe oto Sử dụng chế radar hiệu ứng Doppler, phát bước sóng radio có tần số xác định f0 thu nhận tần số sóng radio f1 phản xạ