再谈多普勒效应

 多普勒效应是指当波源和接收器之间有相对运动时,所接收到的频率不等于波源振动频率的现象。一般的普通物理教材只研究波源和接收器沿二者连线运动时的情形,即纵向多普勒效应,对波源和接收器沿任意方向运动没有做深入研究。本文力图从频率的定义单刀直入,来推导机械波多普勒效应的普遍公式。     

机械波的多普勒效应浅析

波源或观察者相对于媒质运动时,观察者接收到的频率(称为感知频率)不同于波源的频率,这种现象称为多普勒效应.本文试图给出机械波多普勒效应普遍公式的简单推导,并就有关问题略加讨论.一、公式推导设波在各向同性均匀媒质中传播的速率为 v,波源相对于媒质的速率为 v_z,观察者相对于媒质的速率为 v_o,波源的固有振动频率为 v,观察者的感知频率为 v′。     

简谐振动的位相

位相是振动与波动问题中的一个重要概念.一般的普通物理学教材中都是在讨论简谐振动时引入位相的.以余弦形式表示的简谐振动的运动方程为[1]式中x是振动质点的位置坐标,由于坐标原点取在平衡位置,故x也表示质点偏离其平衡位置的位移;A为振幅,由振动的初始条件决定;是振动系统的固有圆频率,由系统本身的性质决定;t本是自计时起点算起的时间间隔,但因通常都取计时起点为零,故t也表示所考虑的运动时刻;余弦函数的宗量(t+)即称为振动的位相,常以表示,其中的为初位相,它是t=0时的位相.对于一个确定的振动系统(一定),仅由初始条件决定.由(1)式可…     

高频波在匀速圆周运动状态下的多普勒效应

根据匀速圆周运动特征,分别讨论了波源固定、观察者运动,波源运动、观察者固定以及波源和观察者都运动等三种不同运动状态下的高频波多普勒效应.并且推广至二者不在同一圆周上运动及不同的运动方向等情况,推导出了在不同的相对运动状态下接收波的频率公式.研究表明,匀速圆周运动状态下,接收波的频率是周期性变化的,接收波频率的变化与波源和观察者的角速度差绝对值相关;而接受波频率的极值大小受角速度差绝对值、观察者运动半径、波速的影响,但影响效果会有所区别;而极值点位置受波源运动半径的影响.     

运动电荷周围的位移电流

相对于观察者来说,电荷运动时要引起周围空间各点的电场发生变化,而变化的电场就是位移电流,因此,运动电荷的周围是有位移电流存在的。那么,空间里任一点位移电流密度的方向如何确定?大小如何确定?下面准备针对这两个问题谈一谈自己的一些看法。 一、位移电流密度的方向 设电荷q以速度υ向右运动,拿运动方向上任一点p来说,由于运动电荷q距p点愈来愈近,p.点的电位移在△t时间内由D1增至D2,增加了△D(△D=D2-D1),其增量△D的方向,与υ一致,向右。从位移电流密度的定义式jc=来看,位移电流密”“”’“““”““”””‘’ gi”’””””“…     

基于DPIM调制的MIMO空间光通信系统

为了抑制空间光通信中大气湍流效应和降低误包率,提出了一种引入分布式多出多入技术,基于数字脉冲间隔调制的多出多入空间光通信系统.在弱湍流信道模型和APD探测器下建立了多出多入系统链路模型,推导了最大似然检测下的最佳阈值和误包率.计算结果表明:发射分集通过多路径传输平滑接收信号光强起伏;接收分集增加孔径平滑效应,减弱接收光强起伏;在发射平均功率、接收孔径总面积和背景噪音相同的条件下,数字脉冲间隔调制的不同多出多入系统存在几乎相同的最佳雪崩光电二极管增益;比较多出多入通信系统下三种调制方式,数字脉冲间隔调制的误包率较少劣于PPM调制而大大优于OOK调制.     

狭义相对论的几何表示

文中提出了一种狭义相对论的几何直观表示方法,从而导出众所熟知的洛仑兹变换;并由此说明时间、长度的相对性,和导出运动粒子质量随速度变化的公式,这种方法较其它说明或推导方法直观而简单。 一、前言 在狭义相对论的文献中,对时空的几何表示有两种方法[1-2],第一种方法为闵可夫斯基几何方法,惯性系S以(x,ct)组成直角坐标,而相对于S系以匀速υ沿x方向运动(在t=t’=0时原点重合)的惯性系S’则以斜坐标(x’,ct’)表示(图1),两坐标系的坐标轴夹角φ1=tg’-1(　),其中c为光速。在这种表示法中,质点的位移在S和S’系中若要用同一世界线表示时,…     

对运动电荷在匀强电场中的一点讨论

讨论一电荷沿x轴以初速υ垂直射入一匀强电场E0中(图一中的z方向).取电场E0为s’(x’,y’,z’t’)静止坐标系,观察者站在电荷q(s系)上看,s’系相对于s系以速度(-υ)运动,这时观察者将观测到原来的电场E0不再是E0.由电磁场的变换公式,在o’与o重合,即t=0时刻,在s系测得的电磁场为:式中　但在s’系看:把(2)式中的各分量代入(1)的变换式中变得s系中电磁场的分量这样站在s系看电行q的运动方程应是:但同时电场E0以速度-υ向左匀速运动,它的运动方程为 x=-υt. 于是电荷q相对于E0的等效运动方程是 解之得电荷的轨道方程:是一抛物线,轨道向x轴上…     

激光焊接等离子体光谱辐射传输模型

了解激光焊接光致等离子体在多个波长下的光谱辐射场三维分布能够帮助研究人员获取等离子体的温度场分布、电子密度分布以及其他一些物理量的三维分布,对于改进激光焊接工艺有着重要的意义。了解等离子体光谱辐射能量传输到探测器靶面这一物理过程是重建激光焊接等离子体光谱辐射场的前提。提出一种基于光学成像的等离子体光谱辐射能量传输模型:基于辐射度量学,研究等离子体光谱辐射发出到被探测器镜头接收这一过程,推导等离子体中某一点被镜头接收到的光谱辐射通量占其向周围空间所发出总光谱辐射通量的比例系数ω_1,建立起光谱辐射传递模型;基于光学成像原理,研究光谱辐射由等离子体发出通过镜头到达探测器靶面这一成像过程,推导等离子体中某一点被像素所接收到的光谱辐射通量占其被镜头所接收到的辐射通量的比例系数ω_2,建立起光学成像模型。利用比例系数ω_1和ω_2得到等离子体中某一点被探测器某像素接收到的光谱辐射比例系数ω=ω_1ω_2,从而建立起等离子体光谱辐射传输模型。通过仿真实验,考察利用所提模型对处在1 000～3 000℃之间呈对称温度分布与非对称温度分布的激光焊接等离子体的光谱辐射场重建效果。结果表明,对于温度呈对称分布的等离子体在400, 500, 600和700 nm四个波长下的光谱辐射场,利用该模型进行反演的重建精度分别为5.39%, 6.5%, 7.25%和6.11%;对于非对称温度分布等离子体的光谱辐射场,进行反演的重建精度分别为9.34%, 10.07%, 10.68%和9.72%。仿真实验结果表明,利用该模型能够对激光焊接等离子体在400～700 nm之间各波长下的光谱辐射场进行较好的重建。与其他模型对比,该模型具有较好的重建精度,能够满足工业应用领域的需求。     

光强闪烁对空间激光授时抖动的影响

基于多相位屏原理并利用功率谱反演法,建立了光强闪烁对脉冲到达时刻抖动的影响模型,仿真研究了不同接收孔径和不同传输距离条件下脉冲到达时刻抖动的变化规律。仿真结果表明:在孔径接收条件下,脉冲到达时刻抖动呈正偏态分布;采用大孔径接收天线可有效抑制脉冲到达时刻的抖动;与近地端相比,传输距离的变化对远地端脉冲到达时刻抖动的影响较小。搭建了大气湍流引起的脉冲到达时刻抖动的实验平台,采集了经过湍流信道传播的秒脉冲波形,利用门限检测法确定了脉冲到达时刻。实验结果表明,脉冲到达时刻抖动分布与理论分析结果相符。     

基于DPIM调制的MIMO空间光通信系统

为了抑制空间光通信中大气湍流效应和降低误包率,提出了一种引入分布式多出多入技术,基于数字脉冲间隔调制的多出多入空间光通信系统.在弱湍流信道模型和APD探测器下建立了多出多入系统链路模型,推导了最大似然检测下的最佳阈值和误包率.计算结果表明：发射分集通过多路径传输平滑接收信号光强起伏|接收分集增加孔径平滑效应,减弱接收光强起伏|在发射平均功率、接收孔径总面积和背景噪音相同的条件下,数字脉冲间隔调制的不同多出多入系统存在几乎相同的最佳雪崩光电二极管增益|比较多出多入通信系统下三种调制方式,数字脉冲间隔调制的误包率较少劣于PPM调制而大大优于OOK调制.     

弹丸穿过梯形光幕过幕时刻提取算法研究

针对传统幕中触发时刻提取方法未考虑光幕幕厚分布不均匀而引入的测量误差,提出了一种弹丸以一定角度穿过光幕厚度呈倒梯形分布光幕的过幕时刻提取方法.通过分析光幕的空间分布,推导了相应的计算公式将弹尾到达光幕厚度中心面的时刻与弹丸穿过整个光幕时间的比值转换为中心面所在位置与弹丸在光幕中飞行距离的比值,利用迭代算法提取出弹尾到达光幕中心面的时刻,并计算出弹丸的外弹道飞行参数.实弹射击表明,算法在一定范围内可将六光幕阵列天幕立靶测量误差减小1mm.     

关于反射体移动所致多普勒效应问题的讨论

众所周知,机械波在传播过程中,如果波源和观察者相对于媒质运动,则观察者接受到的频率将不是波源的原频率v0.设波源S相对于媒质的运动速度为v8,观察者B相对于媒质的运动速度为vB,波速为u.当两者相向运动时,观察者B接收到的频率为v=(u vB)·v0/(u-v8).这就是多普勒效应. 对于波在传播时,遇到刚性反射体的情况(如下图(1)所示的例子),有人认为可以用镜象的办法,把波源等效为一个“镜象波源”,而且在有的书中出现过类似的结论[1],我们认为,这种等效在反射体移动的情况下是不妥的. 在图1中,当波源向右运动(。。羊0),而观察者B和反射体相对于媒…     

D+和D0介子的φXl+υ遍举分支比上限的测定

利用北京谱仪(BES)在北京正负电子对撞机(BEPC)e+e-质心系能量为4.03GeV处采集的积分亮度为22.3pb-1的数据,从D介子的5个非轻子衰变模式中共选出2471±218组tagD+X(X可能是γ或π0或π±)和7629±251组tagD0X介子样本. 在这些样本中没有找到D+→φe+υ,φK-π+e+υ,和D0→φK-e+υ,φK-μ+υ的衰变事例,测定在90髎置信度下分支比的上限分别为B(D+→φe+υ)<1.38髎,B(D+→φK-π+e+υ)<2.01髎,B(D0→φK-e+υ)<0.53髎,和B(D0→φK-μ+υ)<0.53髎.     

基于ab initio的BD~+离子激光冷却理论研究

基于相关一致基组aug-cc-pV5Z,采用内收缩多参考组态相互作用方法计算了BD~+离子两个最低解离极限B~+(~1Sg)+D(~2Sg)和B+(~3Pu)+D(~2Sg)对应的5个Λ—S态(X~2Σ~+,A~2Π,B~2Σ+,a~4Π和b~4Σ~+)的势能曲线和跃迁偶极矩.根据计算结果,求解核运动的径向薛定谔方程得到相应电子态的振-转光谱常数、Franck-Condon(F-C)因子和振动能级辐射寿命.其中A~2Π—X~2Σ~+的F-C因子(f_(00)=0.923)、辐射寿命(τ=235 ns)满足激光直接冷却的条件.因此,我们基于分子转动跃迁提出了一个可实现Doppler激光冷却的光循环方案:A~2Π_(1/2)(υ′=0)—X~2Σ+(υ′′=0,1),其中υ′=0中包含2个转动能级,υ′′=0和υ′′=1中分别包含6个和4个转动能级.根据方案,模拟了激光冷却过程中的分子布居数动力学变化过程,并计算了初速度为100 m/s的BD~+,历经5.4 ms散射1150个光子可减速到4.6 m/s、温度为13 mK.     

多击响应的三层阳极丝位置灵敏探测器及其信号重整

最新发展起来的三层延迟线阳极, 即Hexanode与标准的螺旋状延迟线(HDL)阳极相比, 对多击事件有较好的响应能力. 它与一对微通道板组合在一起构成的位置灵敏探测器能够响应同时或短时间间隔内到达探测器的多个粒子, 并给出粒子的全部动量信息. 针对Hexanode在响应多个同时或短时间间隔内到达的粒子时出现的信号丢失问题, 自行编写了一个信号重整程序. 经过此程序的处理后, 多击响应位置灵敏探测器的死时间只存在于两个粒子同时到达探测器的同一位置时(在一定时间及位置范围内). 在最近完成的使用Hexanode探测器的近阈值e+He→3e+He⁺⁺中, 获得了很好的结果.     

卫星振动频率和振幅对高光谱成像质量影响的仿真分析和实验研究

在星载推扫式高光谱成像仪成像过程中,卫星平台以振动为典型形式的姿态运动会导致探测器上不同的地物信息相互混叠,引起高光谱图像质量的退化。为了更有效地抑制、校正与补偿卫星振动引入的成像误差,针对典型色散型推扫成像光谱仪受平台振动而产生的空间维、光谱维质量退化的机理进行仿真分析和实验研究。通过分析其曝光时间内的光谱混合过程,得到了地物光谱和卫星姿态之间的关系,建立了推扫光谱成像退化模型。该模型综合考虑了不同姿态振动模式的影响,只要给出每个时刻的卫星平台姿态参数,即可通过普适的系数矩阵计算得出每个混合像元的平均混合比,进而获得仿真的退化高光谱数据立方体。详细推导了平均混合比的一般表达形式,对振幅、频率等振动参数对光谱混合的影响分别进行了定量分析。以实际运动状态下拍摄获得的高光谱数据立方体为例,进行了退化仿真和地面模拟运动退化实验,并对退化前后的高光谱数据进行了评价。结果表明,退化仿真和实际退化效果吻合,平均混合比能够直接反映高光谱图像退化的程度;卫星振动造成高光谱图像空间维质量恶化,使不同地物目标的光谱发生了混叠;高光谱数据的退化程度主要由振幅决定,振动频率对退化的影响较小。     

多普勒效应与多普勒雷达

1 引言 多普勒效应是指当波源和接收器之间有相对运动时,所接收到的频率不等于波源振动频率的现象.这一现象是1842年由奥地利物理学家多普勒(Christian Doppler)首先在声学上发现的.1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围,1950年左右研制出了第一代多普勒雷达.下面简要介绍多普勒效应及其在雷达中的应用.     

分置式斯特林制冷机微振动抑制技术研究

分置式斯特林制冷机广泛应用于空间红外遥感探测器中,由于制冷机存在运动部件,工作过程中不可避免的产生振动输出,是影响探测器正常工作的主要振动源之一.为保证探测器正常工作,制冷机微振动必须足够小.从分置式斯特林制冷机微振动控制和隔振设计方面进行了研究,分析了制冷机微振动影响的主要因素,并对整机隔振理论进行了分析,将理论与实...     

第三个引力波事例GW170104

<正>5月31日,LIGO和Virgo科学合作组织举行了一次内部媒体发布会,正式宣布在高级LIGO探测器上探测到第三个引力波事例GW170104。与前两个事例一样,它也是由两个相互旋绕的黑洞合并时产生的。合并之前两个黑洞的质量分别为31.2和19.4个太阳质量,合并后形成了一个48.7太阳质量的黑洞。大约有2个太阳质量的能量以引力波的形式释放出来。该事例被分别位于汉福德和利文斯顿的两个高级LIGO探测器同时观测到,信号到达汉福德探测器的时间比到达利文斯顿探测器的时间早3毫秒。整个信号过程持续了短短的0.1秒,波源到探测器的距离为30亿光年。从去年11月30日开始,高级LIGO探测器在进一步改进和调节之后开始了第二次运行,预计今年8月份结束。美国LIGO的同事告知,到目前为止,