【高中物理】多普勒效应和雷达测速

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，你能感到一辆汽车正在驶过来，或者离你而去。这里面当然依靠汽

车行驶的声间是渐强还是渐弱，但细细想想，主要还是根据汽车行驶的车轮声或剌叭声调

的变化。原来，车辆驶近时，声音要变尖，也就是说，音调要高些；开过以后，远离的时候，声音会越来越低。

为什么？事实证明，声音的形成首先是由于发声体的振动，然后在其周围的空气中形

成稀疏而密集的声波，并将其传输到耳朵，使耳膜随之振动，人们可以听到声音。当耳膜

每秒振动更多次时，人们会感觉音调很高；相反，鼓膜每秒振动的次数更少，人们感觉音

调较低。这样，声源发出的声音就是我们听到的声音。问题的关键在于汽车的运动方式。

当汽车匀速行驶，轮胎与地面摩擦产生的声波到达时，“稀疏”、“密集”、“稀疏”和“密集”按一定规律和一定距离排列。当汽车靠近你时，它会将空气中声波的“稀疏”和“密集”压得更紧，“稀疏”和“密集”的问题更近，人们听到的音调更高。相反，当汽

车远离你时，它会带走空气中的密度，声音的频率和音调会更低。车速越高，音调的变化

越大。在科学上，我们称这种听觉声调不同于发声体的现象为“多普勒效应”。

有趣的是，雷达测速计也正是根据多卜勒效应的原理研制出来的。

我们知道汽车可以开得很快，但为了确保安全，交警不得不在一些道路上限制车速。

当汽车快速行驶时，警察怎么知道它们的速度？最常用的测速仪器是雷达测速仪。它看起

来像一把大信号。它还有管、手柄、板机等部件。后面有一排数码管。将口对准

移动的车辆。你一捏制版机，一束微波就会射向移动的车辆。微波是一种短波无线电波。

微波具有良好的方向性，其速度等于光速。当微波与车辆相遇时，它会立即反射回来，然

后被雷达转速表接收。这样，被测车辆的速度将在数十万分之一秒内显示在数码管上。

它所依据的原理依然是“多卜勒效应”。雷达测速计发出一个频率为1000兆赫的脉

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1000兆赫。反之，如果车辆在行驶，而且速度很快，那么，根据多卜勒效应，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，通过电脑就可以换算出汽车的速度了。当然，这一切都是自动进行的。

雷达测速仪的测速范围约为每小时24公里至199公里。测速范围较大，精度较高。

当速度为每小时100公里时，误差将不超过1公里/小时。

测速雷达朝向公路，可以测量车速，如果指向天空，就可以测云层的高度，测云层的光速汽车

速度。当然，要测几十公里外，甚至上百公里外的飞机，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，就很困难了，这就需要一个庞大的灵敏的雷达。

除了用微波雷达测量速度外，还有激光测速仪，因为激光频率更高，波长更短，精度更高，测量更精确。当然，接收反射波更困难。然而，它的工作原理仍然是多普勒效应。