第六章 波 6-1 波速、頻率與波長 6-2 波的特性 6-3 都卜勒效應 6-4 光 6-5 電磁波 高中基礎物理(一) 第六章 波 6-1 波速、頻率與波長 6-2 波的特性 6-3 都卜勒效應 6-4 光 6-5 電磁波
6-3 都卜勒效應 都卜勒效應 聲波的傳播 觀察者移動的聲波變化 聲源移動的聲波變化 都卜勒效應整理 範例題
都卜勒效應 觀察發現，當鳴著笛聲的消防車靠近人時，人所聽到的笛聲頻率會高於車子靜止時所發出的笛聲頻率；當車子遠離人時，頻率則變低。 由聲源（車子）與接收者（人）之間的相對運動，造成接收者所接收到的頻率，與聲源靜止時所發出的聲音頻率不同的現象，稱為都卜勒效應（Doppler effect）。
聲波的傳播 聲波向四周擴展，聲源發出的聲波波前形成同心圓。 鋼琴演奏時，坐在不同位置的聽眾會聽到相同的演奏音調，這是因聲源靜止時，甲、乙聆聽到的聲波波長，皆等於聲源發出的聲波波長；也表示甲、乙聆聽到的聲波頻率，等於聲源發出的聲波頻率。
觀察者移動的聲波變化 聽者向聲源接近，聽到的聲音頻率變高了。 聽者向聲源遠離，聽到的聲音頻率會變低。 (A)當觀測者靜止時，1 秒內通過觀測者 O1 及觀測者 O2 的波數，都等於聲源發出聲音的頻率 n。 (B)當觀測者靠近或遠離靜止的聲源時，所接收到的頻率與聲源發出聲音的頻率 n 不同。
聲源移動的聲波變化 聲源等速右移，聲波波前仍為圓形，但不再為同心圓，右邊波長變小，左邊波長變大。 聲速不變，聲源右邊的靜止聽者，感覺聲波的頻率便變高了。 聲速不變，聲源左邊的靜止聽者，感覺聲波的頻率便變低了。 聲源等速度移動時，甲測量到的聲波波長較聲源發出的聲波波長短，所以甲聽到的聲波頻率會高於乙聽到的聲波頻率。
都卜勒效應整理（1/2） 當聲源與觀測者相對靠近時，觀測者接收到的聲音頻率，會高於聲源發出的頻率。 當聲源與觀測者相對遠離時，觀測者接收到的聲音頻率，會低於聲源發出的頻率。 事實上，所有的波動都具有都卜勒效應，都卜勒效應也可以說是波動的一種特性。
都卜勒效應整理（2/2）
範例 ８ 波源移動的都卜勒效應
範例 ８ 解答 答 (B) 解 當聲源靠近觀測者時，觀測者接收到的頻率會大於聲源靜止時的頻率；當聲源遠離觀測者時，觀測者接收到的頻率會小於聲源靜止時的頻率，與觀測者和聲源之間的距離無關。
範例 ８ 類題 根據都卜勒定律，我們觀測到的天體運動可以顯現光譜的藍移或紅移現象。由觀察知道遙遠的星系光譜都呈現紅移，這些星系是如何運動的？ 範例 ８ 類題 根據都卜勒定律，我們觀測到的天體運動可以顯現光譜的藍移或紅移現象。由觀察知道遙遠的星系光譜都呈現紅移，這些星系是如何運動的？ (A)靜止不動 (B)向我們接近 (C)離我們遠去 (D)無常規可循。 答 (C) 解 星球遠離，頻率減小，波長增加。
範例 ９ 觀察者移動的都卜勒效應 有關都卜勒效應的敘述，下列何者正確？ 範例 ９ 觀察者移動的都卜勒效應 有關都卜勒效應的敘述，下列何者正確？ (A)當觀察者遠離靜止的波源時，觀察者測到的頻率會增加 (B)當觀察者遠離靜止的波源時，觀察者測到的波長會增加 (C)當觀察者遠離靜止的波源時，觀察者測到的波速會增加 (D)當觀察者接近靜止的波源時，觀察者測到的頻率會增加 (E)當觀察者接近靜止的波源時，觀察者測到的波長會增加。
範例 ９ 解答 答 (D) 解 (A)觀察者遠離靜止的波源時，測到的頻率會減小。 範例 ９ 解答 答 (D) 解 (A)觀察者遠離靜止的波源時，測到的頻率會減小。 (B)(E)靜止的波源，無論觀察者接近或遠離波源，測到的波長都不變。 (C)觀察者遠離靜止的波源，波速不變，相對波速減少。
範例 ９ 類題 波源在原地振動時所生之波長為λ、頻率為 f，若波源為靜止，在波源前、後方各有一觀察者，分別以相同的速率向波源移動，在波源前方之觀察者，測得波長為λ1、頻率為 f1；在波源後方之觀察者，測得波長為λ2、頻率為 f2，則（應選兩項） (A) λ1＜λ＜λ2 (B) λ1＝λ2＝λ (C) f1＞f＞f2 (D) f1＝f2＞f (E) f1λ1＝f2λ2＝fλ。
範例 ９ 類題 解答