Перейти к содержанию

C.5 · Эффект Доплера

International Baccalaureate · IB Diploma · Physics · SL · Тема 12

12.1

Область применения и требования

Этот раздаточный материал охватывает выбранные темы SL для курса, впервые оцениваемого в 2025; он не является полным syllabus (учебной программой).

Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

12.2

Спектральные сдвиги: оценка для низкоскоростных астрономических объектов

Что могло бы объяснить это наблюдение?

  • Узнаваемая спектральная линия появляется на большей длине волны в удалённом источнике. Её смещение может служить доказательством удаления вдоль линии зрения.

Постройте модель

  • Относительное движение источника и наблюдателя изменяет наблюдаемую частоту или длину волны.
  • Для света при относительной скорости, значительно меньшей c, величина долевой сдвига длины волны приблизительно равна v/c.
  • Удаление соответствует большей длине волны, а приближение — меньшей.
  • Красное смещение: Сдвиг установленной спектральной линии в сторону большей длины волны.
  • Длина волны покоя: Длина волны линии, измеренная при отсутствии относительного движения источника.
Два спектра с одинаковым набором темных линий: в свете от далекой галактики каждая линия смещена дальше в красную сторону
Каждая линия смещается в сторону большей длины волны: z = Δλ/λ, а v ≈ cz при малых скоростях

Выберите доказательства для проверки гипотезы

  • Сравните установленную линию с её лабораторной длиной волны покоя.
  • Используйте z = (наблюдаемая − покоя)/покоя, затем v ≈ cz в указанной модели малых скоростей.
  • Не применяйте это приближение без проверки режима или интерпретации космологического красного смещения как простой точной скорости.

В лаборатории: Используйте атрибутированные спектры с калибровкой и идентификацией линий. Сравните несколько линий для получения согласованного сдвига. Укажите неопределённость и различайте относительное движение вдоль линии зрения и неизмеренную поперечную компоненту.


Работайте с известными величинами

  • Дано: линия покоя 500 нм наблюдается на 501 нм. z = (501 − 500) / 500 = 0.002.
  • При c = 3.0 × 10 ⁸ м/с, v ≈ 6.0 × 10 ⁵ м/с удаления.
  • Формула знаменателя для источника звука не является требуемым приближением для света SL.

Ваш ход: Линия покоя 600 нм наблюдается на 601.2 нм. Найдите z = (наблюдаемая − покоя) / покоя.


Проверьте вывод и его границы применимости

  • Приближённая связь сдвига не показывает, что свет распространяется быстрее от приближающегося источника.
  • Одна неустановленная линия не может надёжно подтвердить красное смещение.

Неверно: Наблюдаемое красное смещение означает увеличение скорости света. Скорость света в вакууме одинакова для всех наблюдателей. Красное смещение — это изменение наблюдаемой длины волны вследствие относительного движения (или расширения пространства), а не более быстрое или медленное распространение света.

Ключевые моменты:

  • Относительное движение источника и наблюдателя изменяет наблюдаемую частоту или длину волны.
  • Сравните установленную линию с её лабораторной длиной волны покоя.
  • Обратите внимание: приближённая связь сдвига не показывает, что свет распространяется быстрее от приближающегося источника.

Записать на основе красного смещения 0.005

  • Линия покоя 500 нм наблюдается на длине волны 502.5 нм.
  • Найдите z. Красное смещение не означает увеличения скорости света.

Write from a blue shift of 0.001

  • Наблюдается линия покоя 600 нм при 599.4 нм.
  • z = (599.4 − 600) ÷ 600 = −0.001, so v ≈ 0.001c = 3.0 × 10⁵ m s⁻¹ TOWARD the observer — the sign carries the direction.

Записать на основе размерной проверки z

  • В рабочем листе указано z = 0.002 "нанометры".
  • z = Δλ ÷ λ — это отношение без размерности: сначала укажите v как долю c (0.002c), переводя в метры в секунду только в конце.
Исследовать

Shift the wavelength, keep light speed fixed

A 500 nm rest line observed at 501 nm gives z = 0.002 and an approximate radial velocity of 600000 m/s away. Compare identified lines, approach, recession and zero shift.

English Русский
redshift/ˈredʃɪft/ Красное смещение
rest wavelength/rest ˈweɪvleŋθ/ Длина волны покоя

Больше тем в International Baccalaureate · IB Diploma · Physics · SL

Войти или создать аккаунт

IGCSE, A-Level & AP