多普勒效应综合实验

《多普勒效应综合实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1313无线传输型多普勒效应综合实验仪一、简介HLD-DPL-III无线传输型多普勒效应综合实验仪是我公司研发的创新型专利产品。该仪器上有一个无线接收—转发器被安装在沿导轨运行的移动小车上，用来接收从导轨一端超声发生头发出的超声信号，当小车运动时，无线接收—转发器接收到的超声信号就会产生多普勒频移，此频移信息经转发器处理后再以无线（红外）发射的形式向导轨另一端的红外接收头发出，最后由仪器主机上的液晶屏显示出多普勒频移的数值、小车运动的速度、加速度及其运动曲线等各种实验数据。由于本仪器采用无线传输的方式进行信息传递，故小车的运动不会受到传输电缆的牵制，可以认为是完

2、全自由的运动，用多普勒效应研究小车的运动状态时，测量数据比较真实，同时避免了传输电缆内部断线可能造成的故障。本仪器采用高速数据采样电路，实验测量的实时性很好，实验内容也比较丰富，可以做多种力学实验，在高校物理实验中是一个很好的综合性实验仪器。二、仪器结构仪器整机照片如下：.2三、整机配套件序号配套件名称数量1仪器主机1台2铝合金导轨（1.2m）1个3移动小车1辆4无线接收—转发器1只5导轨和主机间的连接电缆1组（共2根）6（做阻尼振动的）弹簧2只7勾码1套8多普勒效应综合实验的研究[实验目的]1．研究波源不动，观察者相对介质运动时的多普勒效应。验证多普勒频移与观

3、察者运动速度的关系。2．应用多普勒频移与速度的关系测定声速。3．应用多普勒效应验证牛顿第二定律4．应用多普勒效应研究简谐振动的规律。[实验原理]1．波源不动，观察者相对介质运动时的多普勒效应图1如图1所示，若观察者开始时处于图中P点位置，从波源S向观察者发出频率为速度为的波，在时间内经过P点的完整波数应为分布在距离中的波数。现在若观察者在此时间内迎着波的传播方向以速度运动到P’点位置，则在时间内观察者接收到的完整波数是分布在距离上的波数。反之，若观察者以的速度向远离波源的方向运动时，则在时间内观察者接收到的完整波数是分布在距离上的波数。考虑到波源在介质中是静止的

4、，故综合以上两种情况，由于观察者的运动，观察者接收到的波的频率与波源发出的频率的关系应为：（1）在（1）式中当观察者是迎着波的传播方向运动时，我们规定的符号取“+”，向远离波源的方向运动时规定的符号取“-”。显然，当观察者迎着波的传播方向运动时观察到波的频率比原来高，而观察者远离波源的方向运动时则观察到波的频率比原来低。若规定多普勒频移，则由（1）式可解得：（2）从（2）式中我们根据的方向的不同，可以得到不同的的符号，反之根据的符号亦可判别的方向。2．用多普勒效应测声速的原理及空气中声速的理论值推算8根据（2）式，我们知道观察者运动速度的大小与所测得的多普勒频移

5、成正比。当我们知道了声源的频率后，根据（2）式即可算出声速来。为了测量的精确，我们可测多组-的数据，然后用作图法或逐差法求得-关系的斜率，进而求得声速。在空气中声速的理论推算可按如下方法：设空气为理想气体，则声速与温度的关系为，其中为气体比热容比（空气中），为普适气体常量8.31，为0℃时摩尔气体质量，为绝对温标，换处成摄氏温标为。把以上数据代入并代简后可得温度时的声速理论值为：（3）3.用光电门测物体运动速度的方法图2在运动物体上有一个U型挡光片，当它以速度v经过光电门时（见图2(a)所示），U型挡光片两次切断光电门的光线。设挡光片的挡光前沿间距为（见图2（b

6、）所示），两次切断光线的时间间隔被光电计时器记下为，则在此时间间隔中物体运动的速度v的平均值为（4）若挡光片的挡光前沿间距的比较小，则时间间隔也就较小，此时速度的平均值就近似可作为即时速度。[实验仪器]多普勒效应综合实验仪：包含仪器主机、无线接收-转发器、导轨、运动小车、滑轮、勾码、弹簧等。8其中滑轨两端分别有超声发射头和红外信号接收头以及电磁铁；无线接收-转发器两端分别有超声接收头和红外信号发射头。实验时要把无线接收-转发器的超声接收头始终对着滑轨一端的超声发射头的方向，同时使无线接收-转发器的红外信号发射头对着滑轨另一端的红外信号接收头方向（参见图1中的位置

7、）。仪器主机面板上有一个液晶显示屏，可用于显示实验状态和测量结果。实验开始时，主机接通电源后，按一下面板上的“▲”或“▼”按钮即可出现实验的主菜单，主菜单共分“仪器校准”、“光电门测速”和“多普勒综合实验”三部分内容。根据不同的实验情况，在此主菜单的基础上还能选择进一步的子菜单。[实验内容和步骤]1．仪器校准(实验仪的预调节)1）开机后，输入室温，调谐超声发生器的驱动频率，以接收器谐振电流最大作为谐振的判据。2）调节导轨的支撑脚，使导轨保持水平。打开主机电源，液晶屏显示出主菜单后，再通过按“▲”或“▼”选择按钮，把屏幕光标移动到“仪器校准”位置，再按一下“ok”

8、键予以确认，屏幕上就出现