都卜勒效应

都卜勒效应（Doppler effect）

定义当声、光或电磁波的 波源本身处於运动状态 或 观察者处于运动状态 时，观察者所接受到的频率会发生变化，这叫都卜勒效应，这种效应是德国物理学家都卜勒（Doppler）於1842年首次提出的。

公式当波源及观察者皆以等速度移动时，都卜勒效应频率变化公式（仅限於一维运动）：

f'= f(V+V0)/(V-Vs)

Vs、V0为波源及观察者的的速度

说明分成两种情况，来说明都卜勒效应：

(1)声源静止，但观察者在运动；

(2)声源在运动，但观察者静止，

以vS代表声源的速率，vO代表观察者的速率，v为声波的传播速率，此三者皆指相对于地面的速率。

当声源和观察者皆静止时，声源的频率为f0，所发出的声波波长为λ0，故v ＝ f0×λ0。

仅限于讨论声源和观察者皆在同一直线上运动的情况。

注释虽然上式描述了波源及观察者在有相对运动情况下的频率变化关系，但在本实验中，波源（超声波发射子）和观察者（超声波接收子）都是固定不动，真正做运动的只有反射超声波的回转盘曲面，来「模拟」运动的波源及观察者。

观察回转盘曲面，其形状为螺旋型，如图所示。反射面和圆心的距离会等比率地增加。所以当其旋转时，反射面对超声波发射子来说，就像一个不断移动的观察者。

也许你有观察到，反射面和圆心的距离并不是一直增加，转动半周後会回到最小值。这没有关系，在「断层」处并不反射超声波。对超声波发射子来说，反射面看起来仍是不断「移动」。

同理，当反射面将超声波反射回去，此时对超声波接收子来说，反射面就是一个不断移动的波源。所以比较超声波发射子和接收子量测到的声波频率，我们预期会符合前述公式的关系。

应用都卜勒效应不仅在声波中获得验证，在光波中也观察到同样的效应，专用于观察和分析星球的运动，在天文学的研究中具有重要的地位。