大学物理实验多普勒效应.doc

北京科技大学 物理实验报告 多普勒效应实验报告学院化学与生物工程学院班级化学1701学号姓名一、实验目的与实验仪器实验目的1、 了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。2、 利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械能转化的规律。实验仪器 ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1、 声波的多普勒效应当声源相对介质静止不动时，声波的频率f0，波长0以及波速U0表示为 f0=U0/0则观测频率f、观测波长和观测波速U的关系 f=U/当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0，则 f=（U0+V0）/联立，得 f=（U0+V0）/=（f00）/0=（1+V/U0）f0当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0，则f=U/=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f 当声源与接收器运动如图时 f=（U0+V1COS）/( U0-V2 COS)2、 马赫锥 arcsin（UV）arcsin（M）U为波速，V为飞行器速率，为马赫角，M为马赫数3、 天文学中的多普勒效应观察两波面的时间（C+V）（）（）（）三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）、 超声波的多普勒效应（）、组装仪器（）、打开实验控制箱，调至室温，记录共振频率（）、选择多普勒效应验证实验（）、修改测试总数（）、为仪器充电，确定失锁指示灯处于灯灭状态（）、选定滑车速率，开始测试（）、选择存入或者重测（）、重新选择速度，重复（）、（）（）、记录实验数据、用多普勒效应研究恒力下物体的运动规律（）、测量钩码质量和滑车质量（）、连接仪器（）、选中变速运动测量（）、修改测量总次数（）、选中开始测试，立即松开钩码（）、记录测量数据（）、改变砝码质量，重复（）到（）四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）表4.12-1 多普勒效应的验证与声速的测量 t c = 24 f0 = 40001 Hz次数i12345v/(m/s)0.410.590.750.870.98Fi/Hz4004940070400894010340116斜率k=f0/u0=117.6声速 u0= 340.1m/s当t= 24时，ut = 345.7 m/s误差 |= 1.6 %表4.12-2 滑车在钩码驱动作用下的运动规律测量 滑车质量m0= 595.2 g 采样步距t0= 0.05 s序号i12345678910砝码质量m1/gti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.4556.4fi/Hz40040400424005140048400534005740063400654006740075ti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.4592.6fi/Hz40067400754007740083400874009540102401124011840124ti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.45104.5fi/Hz40073400774008340087400974010040114401184012640132ti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.45116.4fi/Hz40067400694008140087401004010040114401204013040136m1= 56.4 g v-t 关系表ti/(s)00.050.10.150.20.250.30.350.40.45v/(m/s)0.3370.3540.4320.4060.4490.4840.5360.5530.5700.640理论值：a0= 0.848 m/s2实验值：a= 0.638 m/s2误差 |= 24.8%m1= 92.6 g v-t 关系表ti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.45v/(m/s)0.5700.6400.6570.7090.7430.8120.8730.9601.0111.063 理论值：a0= 1.319 m/s2实验值：a= 1.104 m/s2误差 |= 16.3%m1=104.5g v-t 关系表ti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.45v/(m/s)0.6220.6570.7090.7430.8300.8560.9771.0111.0801.132理论值：a0= 1.464 m/s2实验值：a= 1.187 m/s2误差 |= 18.9 %m1=116.4g v-t 关系表ti/s00.050.10.150.20.250.30.350.40.45v/(m/s)0.5700.5880.6910.7430.8560.8560.9771.0281.1151.167理论值：a0= 1.603 m/s2实验值：a= 1.387 m/s2误差 |= 13.5%五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系的实验时1、应该先调好皮带松紧度（1）皮带过松，带动皮带的转轮与皮带之间打滑，使小车速度发生变化，且容易导致小车自动返回后与控制器存在碰撞。（2）当皮带过紧时，转轮与皮带摩擦力较大，小车前进速度较慢，小车后退时，运动较慢，容易使控制器进入保护状态，电机可能会因此停止转动 。 2、安装时要尽量保证红外接收器、小车上的红外发射器和超声接收器、超声发射器三者之间在同一轴线上，以保证信号传输良好，避免出现系统误差。 3、小车不使用时应立放，避免小车车轮沾上污物，增大了小车与滑轨之间摩擦力影响实验结果。研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械能转化的规律的实验时1 、理论加速度与实验加速度的相差较大，可能是因为小车与滑轨之间、牵引绳与滑轮之间存在摩擦力，一部分砝码的重力势能转化为系统的内能。2、系统所受的摩擦力主要与小车质量有关，故当砝码质量增大时，理论加速度与实验加速度数值相差越来越小。3、当砝码组件质量较大时，加速度较大，短时间内环境影响较大，导致前期采样数据的可靠性偏低，故应该中间的适当值开始记录，并且要连续记录10个数据点。六、实验结论 1、在本实验条件下，超声接收器运动速度与接收频率成线性关系，验证多普勒效应成立，由f-V关系直线的斜率求的24时实验声速与理