多普勒效应与雷达测速

来源 :新概念·中考 | 被引量 : 0次 | 上传用户:williamchu2008
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   你一定有这样的经验,当你站在马路旁边,即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况,单凭耳朵的听觉判断,你就能感到一辆汽车正在驶过来,或者离你而去。
   为什么会这样呢?原来发声体发生振动时,在它周围的空气中形成了一会疏一会密的声波,传到人的耳朵里,耳膜便随着它同样地振动起来,人们就听到了声音。耳膜每秒钟振动的次数多,人就感到音调高;反之,耳膜每秒钟振动的次数少,人就感到音调低。
   照这样说,声源发出什么声,我们听到的就是什么调。问题的关键在于声源在做怎样的运动。汽车匀速驶来,轮胎与地面摩擦产生的声波传来时的“疏”、“密”是按一定规律,一定距离排列的,可当汽车向你开来时,它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了,人们听到的音调也就高了。反之,当汽车离你远去时,它把空气中的“疏”和“密”拉开了,人们听到的声音频率就小了,音调也就低了。汽车的速度越大,音调的变化就越大。在科学上,我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象,称为多普勒效应。
   有趣的是,雷达测速计也正是根据多普勒效应的原理研制出来的。
   同学们知道,汽车可以开得很快,可是为了保证安全,在某些路段上,交通警察要对车速进行限制。那么,在汽车快速行进时,交通警察怎样知道它们行驶的速度呢?最常用的测速仪器叫雷达测速计,它的外形很像一支大型信号枪,也有枪筒、手柄、板机等部件。它所依据的原理依然是多普勒效应。雷达测速计发出一个频率为1 000兆赫的脉冲微波,如果微波射在静止不动的车辆上,被反射回来,它的反射波频率不会改变,仍然是1 000兆赫。反之,如果车辆在行驶,而且速度很快,那么,根据多普勒效应,反射波频率与发射波的频率就不相同。通过对这种微波频率微细变化的精确测定,求出频率的差异,通过电脑就可以算出汽车的速度了。当然,这一切都是自动进行的。
   雷达测速计的测速范围大约在每小时24公里到199公里之间,测速范围比较大,精确度也相当高,车速在每小时100公里时,误差不会超过每小时1公里。
   测速雷达指向公路,可以测量车速,如果指向天空,便可以测云层的高度、云层的速度。当然,要测几十公里外,甚至上百公里外的飞机的速度,也是这个原理,只不过要向它扫描的空间连续发射微波束,这些微波束遇到飞机再反射回来,已经极其微弱了,要想把它接收到,分辨清并计算出来,就需要一个庞大的灵敏的雷达。
  除了微波雷达之外,还有一种激光测速计。因为激光的频率更高,波长更短,准确性更强,测量也更精密。当然,接收反射波的难度也更大一些。但是,其工作原理仍然是多普勒效应。
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