本期高中物理競(jìng)賽試題，我們將共同來(lái)研究一個(gè)多普勒效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用，相比同學(xué)們應(yīng)該還記得6年前的10月10日，馬來(lái)西亞航空公司的一架由馬來(lái)西亞吉隆坡飛往北京的國(guó)際航班在印度洋上空神秘失蹤，在搜救尋找過(guò)程中，有英國(guó)空難調(diào)查處的科學(xué)家通過(guò)飛機(jī)與國(guó)際海事衛(wèi)星的兩次常規(guī)應(yīng)答信號(hào)，利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，大體計(jì)算出了飛機(jī)失事前最后的位置應(yīng)該處于印度洋上空，推定飛機(jī)失事前已經(jīng)嚴(yán)重偏離航線，隨后印度洋周?chē)�包括中�?guó)、澳大利亞、印度尼西亞在內(nèi)5國(guó)迅速展開(kāi)搜救活動(dòng)，但是始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可靠的飛機(jī)殘骸信息，并由此推定班機(jī)應(yīng)該墜毀在了印度洋上空。

　　在這個(gè)過(guò)程中，英國(guó)空難調(diào)查處的科學(xué)家是怎樣通過(guò)飛機(jī)應(yīng)答機(jī)的信號(hào)來(lái)計(jì)算得到飛機(jī)最后位置的，本期題目小編就類(lèi)似的給一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明，雖然在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，英國(guó)空難調(diào)查處的科學(xué)家利用電磁波信號(hào)的多普勒效應(yīng)來(lái)確定位置的，而這個(gè)題目中，通過(guò)飛機(jī)發(fā)出的聲波的多普勒效應(yīng)，來(lái)確定飛行的具體高度，其計(jì)算過(guò)程和原理還是差不多的。

　　試題預(yù)覽

　　飛機(jī)在上空以速度 v = 200 m/s 做水平飛行，發(fā)出頻率為 f_0 = 2000 Hz 的聲波，靜止在地面上的觀察者測(cè)定，當(dāng)飛機(jī)越過(guò)觀察者上空時(shí)，觀察者 4 s 內(nèi)測(cè)出的頻率從 f_1 = 2400 Hz 降為 f_2 = 1600 Hz ，已知聲波在空氣中傳播的速度為 u = 330 m/s ，試求飛機(jī)的飛行高度。

　　解題步驟

　　方法分析

　　從上面的解題步驟可以看出來(lái)，飛機(jī)飛過(guò)觀察者上空的過(guò)程中經(jīng)歷了兩個(gè)過(guò)程，首先是飛機(jī)飛向觀察者的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中，飛機(jī)發(fā)出聲波的頻率會(huì)增加，觀察者觀察到的聲音的頻率會(huì)升高，隨后飛機(jī)遠(yuǎn)離觀察者的過(guò)程中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)聲源的多普勒效應(yīng)，觀察者觀察到的聲音的頻率會(huì)降低，只要將任意兩個(gè)時(shí)刻的聲波頻率記錄下來(lái)，并結(jié)合飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的聲波的原始頻率就能夠按照上面的方法簡(jiǎn)單確定兩個(gè)特定時(shí)間下的飛機(jī)位置，并結(jié)合這兩個(gè)特定點(diǎn)具有相同高度這個(gè)特點(diǎn)，就能夠確定飛機(jī)的飛行高度，雖然這個(gè)方法并不復(fù)雜，但是對(duì)于聲波而言，其應(yīng)用過(guò)程還是受到很多其他因素的影響和制約的，其中就包括當(dāng)時(shí)這個(gè)位置上空的空氣流速等基礎(chǔ)物理信息，這些物理量都將對(duì)最后結(jié)果產(chǎn)生非常的影響，至于介質(zhì)對(duì)多普勒效應(yīng)的具體影響，吳老師下一期的內(nèi)容中，將給同學(xué)們一個(gè)更加具體的說(shuō)明和解釋。

　　從上面的解題步驟可以明確，這個(gè)題目其實(shí)就兩個(gè)過(guò)程，首先利用聲源運(yùn)動(dòng)下的多普勒效應(yīng)公式，計(jì)算出在特定兩個(gè)點(diǎn)的飛機(jī)飛行位置，但是這里具體研究一下運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)的飛行速度和聲音傳遞到觀察者的速度并不在同一條直線上，因此在計(jì)算過(guò)程中，還需要進(jìn)一步明確角度的關(guān)系，當(dāng)然了通過(guò)后面的計(jì)算可以看出來(lái)，這個(gè)角度對(duì)于后續(xù)的計(jì)算過(guò)程起到了至關(guān)重要的作用，同理，將兩個(gè)頻率時(shí)的飛機(jī)位置具體計(jì)算出來(lái)后，就可以根據(jù)飛機(jī)飛行過(guò)程中的幾何關(guān)系，得到飛機(jī)的飛行高度，后面的過(guò)程都是簡(jiǎn)單的幾何計(jì)算過(guò)程，這里吳老師就不再具體解釋了。

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