物理小论文--多普勒效应拓展

光波多普勒效应应用设想

摘要：多普勒效应是研究波源和观察者相对关系的方法，对于光波也同样适用。多普勒效应大多在应用中用于测速和测距，但是可不可以对多普勒效应进行拓展呢？本文希望对这个问题提出一些设想。

多普勒效应原理：

波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。

多普勒效应运算公式：

1.波源和观察者都相对于介质静止（0,0==R S v v ）：

S W R f f u f ===λ 2.波源静止，观察者以速度R v 相对于介质运动（0,0≠=R S v v ）：

W R W R R

R f u v f u v u v u f )1(/+=+=+=λ，S W f f =，S R R f u v f )1(+=

3.观察者静止，波源以速度S v 相对于介质运动（0,0=≠R S v v ）：

S S S S S f v u T v uT -=-='λ，S S W R f u v u f f /11-='==λ

4.观察者以速度R v 和波源以速度S v 相对于介质运动（0,0≠≠R S v v ）：

S S W f u v f /11-=，W R R f u v f )1(+=，

S S R R f u v u v f /1/1-+= 由此可分析得知，当波源不动时，观察者向波源移动波频率增大，反之减小； 当观察者不动时，波源向观察者移动波频率增大，反之减小；

当波源和观察者都在移动时，二者相互靠近则波频率增大，反之减小。 综上所述，当波源和观察者之间的距离减小时，波频率增大，反之减小。

多普勒效应的应用：

多普勒效应研究的是波源和观察者之间的关系，所以多普勒效应的应用大多在测速和测距领域。其中多普勒雷达的工作原理较为典型：雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描，多普勒雷达如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。由于多普勒雷达的这种工作原理，较之普通雷达有较强的抗杂波干扰能力，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。

在医学领域，多普勒效应有较为实用的应用，其中，多普勒彩超仪是较为先进的一种医学应用仪器。这种仪器通过探头发出固定的脉冲波，再接受反射波，经过分析将接收到的频率转化为彩色图像呈现在屏幕上，可以让我们清晰的分辨出探测部位的情况，不但如此，还可以看到血流方向等具体情况。

推想：

由以上原理和应用实例，我推想，既然多普勒效应可以探测出波源的速度和距离，通过不同的频率将这些信息转换成视觉信号，那么可不可以将视觉信号通过多普勒效应进行转换呢？

理论支持：

光波的多普勒效应：光波在传播过程中也会产生多普勒效应，根据以上推导得知，若固定观察点，当光源靠近时，接收到的光波频率增大，当光源远离时，接收到的光波频率减小。若光波恰巧在可见光波段，则当光源靠近时光线“变蓝”，光源远离时光线“变红”，在物理学上称之为“蓝移”和“红移”。

应用设想：

接受物体发射出的光线，按照光波的频率，利用多普勒效应反解出波源移动的速度，利用速度信息进行编码，可以将光信号转换为数字信号。将数字信息传递到接受装置中，由解码器将数字信号转化为电信号，再利用光波源的移动速度的改变将信号还原为可见光的形式，在屏幕上显示。

设计：

本装置分为三个部分：接受装置，传输装置，转换装置。其中传输装置在现实生活中已经有了很好的实例，所以不再赘述，重点提出接受装置和转换装置。

接收装置：物体发出的光波已经有比较成熟的方法计算出光波的频率，我们假设观察者不动的情况，通过上述公式，计算出光波的速度，每一时刻的速度都可以记录并编码成数字信号。转化装置：我们预设转换装置分为两部分，波源发生器和接受显示屏。

发生器为一个可以移动的波源，发出确定频率的光波。解码器解读接受到的信号，随时间改变发生器的运动速度。接受显示屏接受发生器发出的光波，在直接在显示屏上显示出来。理论补充：

1.发生器的波源频率需要固定。显示色彩可以是原物体发出的光波，也可以是经过改进的，可以通过这种方式将光波频率不可见的物体表示出来。

2.由于光波的频率是固定的，所以显示出的光波频率也是整体增大或者减小，但是能够客观的反映出物体发射出的光波的分布情况。

应用：

发光物体的光可能发出的光波为不可见波，也可能由于某种原因不能直接观察，通过这种装置可以对所需要观察的光波有一个直观的观察。

装置改进：

波源设置运动需要一定的空间，但是装置的空间有限，所以可以设计两个波源一次交替发射光波，不影响显示屏上的成像。