演示多普勒效应的几种实验方案

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1、演示多普勒效应的几种实验方案　　摘要：本实验定性地演示当振源相对于介质运动时的多普勒效应，探讨了四种演示多普勒效应的实验装置。分别讨论了机械波、光波、声波的多普勒效应并设计了相关的实验装置，原理、操作步骤、注意事项，说明了各装置的优劣。对教学实验有一定的参考价值。　　关键词：多普勒效应；水面波；音频振荡器；拍音现象；频率　　【中国分类号】G898　　　　　　本实验定性地演示当振源相对于介质运动时的多普勒效应。我们知道多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括光波、电磁波等。怎样在教学中成功的演示多普勒

2、效应是一个教学难题。。相对与其他实验，本文的实验，实验装置简单，操作方便适合教学。而且本文的实验演示了听觉、视觉两方面的多普勒效应。考虑了振源运动，观察者运动和振源观察者都运动三种情况下的多普勒效应，全面的演示有利于学生全面的理解多普勒效应的特点。　　1、方法一：演示水波的多普勒效应。　　1.1[仪器装置]　　与“水面波”仪器装置相同，如　　图-1。7　　1.2[原理]　　当振源静止时，振动在介质中以速度传播，波长为。当振源以速度向静止的观察者运动时，振源在一个周期内沿波的传播方向上通过一段路程（见图-2），因此，

3、观察者所接收到的波长为：可见波长缩短，观察者在单位时间内所接受到的振动数（频率）增加。反之，如果振动源离开观察者，则波长增加，结果观察者所接收到的频率减小，即。这就是振源运动时的多普勒效应。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2、方案二　　2.1[仪器装置]如图-47　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.2、[操作与效果]　　将所用各器件按图-4装好。　　7接通音频振荡器电源，调节电压输出，使输出功率在喇叭的额定功率之内，频率调节在1000赫兹，当喇叭静止时

4、静止的观察者可听到喇叭发生频率为1000核子的匀强声响。在1000赫兹左右微调音频振荡器频率旋钮（输出功率不变），这时喇叭发生不同的声音是音调变化的结果。然后固定频率在1000赫兹，微调振荡器功率输出，这时喇叭发生不同的声音是音响变化的结果。在听者明辨这两种声音变化的不同之后，就有条件分辨多普勒效应现象了。　　接通变压器电源，调节其输出电压，使马达约以10转/秒的转速转动，观察者可听到喇叭在远离或趋近时频率的变化，这种音调时高时低的变化就是多普勒效应。　　3、方法三：演示声源运动时所产生的多普勒效应。　　3.1、[

5、原理]　　本实验利用拍音现象来演示声源运动时所产生的多普勒效应。　　用两个频率均为的声源（将两个扬声器并接在同一个音频讯号发生器上），一个静止，一个向观察者运动。静止的观察者将同时接收到两个声波，它们的频率差为当声波频率较高，而声源的运动速度不大时，观察者可听到拍音，拍音频率为，声源的速度愈小，拍频亦愈小。但是，由于听到的拍频为频率差额的绝对值，即声源以相同的速率接近（）或远离（）观察者时，所听到的拍频基本相同，因此本方法不能辨别声源的去向。　　3.2、[操作与效果]　　使用一台音频讯号发生器，将两个相同的；暗坝并

6、联在讯号发生器上，音频讯号调至1000赫兹左右，将一只喇叭位置固定，另一只喇叭悬挂在两个滑轮之间的挂绳上，两只喇叭面对观察者。当挂绳上的喇叭静止不动时，可以听到两个喇叭发出的1000赫兹的单调音响。　　7转动滑轮，使绳上的喇叭缓慢地向着（或背着）观察者匀速转动，观察者可以听到1000赫兹的音响时强时弱，这就是拍。在喇叭的整个行程2.6米内，观察者可听到7~8次拍音。　　观察者听到拍的事实说明同时接收到两个频率相差很小的声波，静止喇叭所发的声波频率不变，运动着的喇叭所发出的频率改变，这就是多普勒效应。　　　　4、方法

7、四：演示运动声源的频率变化。　　4.1、[仪器装置]　　和方案三一样如图-5,使用两台音频讯号发生器。　　4.2、[原理]　　使两个声源的频率有一微小的差别，就可以改善上一方法的不足而能够分辨声源的不同去向了。　　当频率略有差别的两个声源都静止时，已可听到拍音，拍频为。令频率较高的一个声源以速度运动，当其接近观察者时，由于多普勒效应，接收到的频率进一步增高，而静止声源的频率不变，因此听到的拍频将有所增加。当频率较高的声源远离观察者时，接收到的频率将减小，因而拍频也将减小。这样不但可以观察到运动声源的频率变化，而且通

8、过拍频变化的趋势（拍频增加还是减小），可以区分声源运动的方向。　　4.3、[操作与效果]　　将图-5中两个喇叭分别接在两个音频讯号发生器上，频率分别调至1000赫兹左右，相差3～5赫兹。7　　调节讯号输出，使两个喇叭所发出的音强相同，这时静止的观察者可以听到清晰的拍音，拍频等于两个讯号的频率差。　　令频率较低的喇叭固定不动。转动滑轮使频率较高的喇叭缓慢的匀速