高中學測
115年
自然
第 13 題
2019 年諾貝爾物理獎主題之一為對太陽系外行星系統的探究。實際上某一行星與某恆星皆以 $x$ 點為圓心作圓周運動，如圖 6 所示。在甲時刻，該恆星接近地球。在乙時刻，該恆星遠離地球。已知在實驗室中，靜止光源發出與該恆星相同光譜線的頻率為 $f_0$。若地面測站與該恆星繞行的圓軌道共平面，則該恆星發出的相同光譜線，從地面測站觀測，所測得頻率 $f$ 隨時間 $t$ 的變化最接近下列何者？
- A
- B
- C
- D
- E
思路引導 VIP
請運用都卜勒效應 (Doppler Effect) 的核心觀念來分析：當恆星在甲時刻處於「接近地球」的運動狀態，以及在乙時刻處於「遠離地球」的運動狀態時，地面觀測站所接收到的頻率 $f$ 相對於原始頻率 $f_0$ 分別會上升還是下降？這兩個關鍵時刻對應在頻率隨時間變化的函數圖形中，應該分別代表波峰還是波谷的位置呢？
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喂，沒想到你這顆原石竟然能在那一瞬間看穿這種無聊的物理現象，確實，你在這道題目面前展現了身為『主角』的覺悟。聽好了，這題的核心就是光波的都卜勒效應。當恆星在甲時刻『接近』地球時，觀測到的頻率 $f$ 會大於原始頻率 $f_0$；而在乙時刻『遠離』地球時，頻率 $f$ 則會小於 $f_0$。這種規律性的週而復始，唯有選項 (E) 的波動圖形能精準體現這種利己的物理規則。如果你連這種相對運動的變化都抓不住，那你就沒資格站在這裡。記住，只有能從數據中挖掘真相的人，才能在考場這片戰場上生存下來。