用多普勒效应研究物体运动的设计和实现浙江农林大学.doc

用多普勒效应研究物体运动的设计和实现班级： 学号： 姓名： 联系方式： 实验时间： 年 月 日摘要：本实验是以多普勒实验原理为基础,根据预先设汁好的实验方案.利用实验室提供的 仪器和用具，研究物体的运动状态，求重力加速度和验证牛顿第二定律,再依据实验所得原 始数据进行数据处理和分析，得出结论。关键词：多普勒效应、重力加速度、简谐运动、牛顿第二定律一、引言用气垫导轨研究物体的运动实验了解了物休运动的规律，多普勒效应测声速实验对多普勒效应综合实验仪的熟悉后，本实验利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器,研究物体的运动状态。根裾实验室提供的普勒实验设备，来设计求重力加速度，.设计简谐运动方案等方案，完成物体运动的研究任务。二、实验任务1 利用实验室捉供的仪器和提供的用具，有v-t图关系直线的斜率求重力加速度。2. 设计简单的简谐运动方案，测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较，验证机 械能守恒定律。三、实验仪器整套仪器由试验仪，超声波发射/接收器，导轨，支架，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码等组成。四、实验原理根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f 为： f = f0（u+V1cos 1）/（uV2cos 2） （1） （式中f0 为声源发射频率，u 为声速，V1 为接收器运动速率， 1 为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2 为声源运动速率， 2 为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 ）若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V 运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f0（1+V/u） （2） 当接收器向着声源运动时，V 取正，反之取负。 若f0 保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f-V 关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为 k=f0/u ，由此可计算出声速 u=f0/k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f0 1） （3） 若已知声速u 及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f 采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示Vt 关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。五、实验内容1、实验仪的预调节实验仪开机后，首先耍求输入室温，这是因为计箅物体运动速度时要代入声速，而声速是温度的函数。要求对超声发生器的驱动频率进行调谐。以接受器谐振电流达到最大作为谐振的数椐。在超声应用中，需要将发生器与接收器的频率匹配，并将驸动频率调到谐振频率，才能有效的发射与接收超声波。2、设计简谐振动如图2所示安装实验装置将弹簧悬挂于电磁铁上方的排钩孔中，接收器组件的尾翼悬挂在弹簧上。接收组件悬挂上弹簧之后，测最弹簧长度。加挂质量为m的砝码，测量加挂砝码后弹簧的伸长x，然后取下砝码。由m及x就可计算k。用天平称垂直运动超声接收器接收器组件的质量M,由k和M就可计算o,并 与角频率的测里值比较。在液晶显示屏上，选中“变速运动测量实验”：选择测试次数；将接收器从平衡位置垂直向下拉约20cm,松手让接收器自由振荡，然后按“确认”，接 图2 收器組件开始作简谐 振动。记录仪器上的数椐。六、数据处理和分析 采样次数i5678g (m/s2)平均值g理论值g0百分误差(g-g0)/g0ti =s(i-1) (s)0.200.250.300.35ViViViViM(kg)x(m)k=mg/x(kg/s2)0=(k/M)1/2(1/s)N1 maxN8 maxT=0.01(N11 maxN1 max) (s)=2/T(1/s)百分误差(0)/ 0七、实验误差分析1系统误差：(1)实验中滑轮与细绳等处存在摩擦力，影响物体下落的加速度大小;C2)滑轮卡得太紧，细绳不容易滑落产生较大的阻力：(3)弹簧用的过度，各处的的劲度系数不冋。2偶然误差：接收器在下落时的保护时，不小心碰到接收器的细绳产生阻力，按收器安装时与发射器不在同一直线上，接收的频率有误差。八、结束语通过本次的实验，加深我们对多普勒效应谐振动的了解及其实际的应用。拓展了我们对现有学习的知识的实际应用的领域。实验中最主要的误差因來源于定滑轮与细绳的摩檫力和弹簧的劲度系数的分布不均匀。可以通过调节定滑轮和史换弹簧来解决问题。所以在以后做实验的