实验十一多普勒效应的验证

1、实验十多普勒效应的验证一、实验目的1. 了解多普勒效应。2利用多普勒效应测定小车的运动。二、实验仪器DH-DPL 系 列 多普勒效应及声速综合实验仪三、实验原理声波的多普勒效应 设声源在原点，声源振动频率为 f ，接收点在 x，运动和传播都在 x 方向 对于三维情况，处理稍复杂一点， 其结果相似。声源、接收器和传播介质不动时， 在 x 方向传播的声波的数学表达式为：p p0 c o s tc0（1-1） 声源运动速度为 VS ，介质和接收点不动设声速为 c0 ，在时刻 t ,声源移动的距离为 因而声源实际的距离为 x （x0 VSt）/（1 M S）1-2)其中M S = VS / c0为声源

2、运动的马赫数，声源向接收点运动时 VS（或 MS）为 正，反之为负，将式 1-2 代入式 1-1：可见接收器接收到的频率变为原来的即:fS 1 M S1-3) 声源、介质不动， 接收器运动速度为V r ，同理可得接收器接收到的频率fr (1 Mr)f (1 Vr )fc01-4)其中 Mr Vr 为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时 Vr（或 Mr） c0为正，反之为负 介质不动， 声源运动速度为 VS ，接收器运动速度为 Vr ，可得接收器接收 到的频率 :1-5)1-6)frs 1 M r f rs rs 1 Ms介质运动，设介质运动速度为 Vm ,得根据 1-1 式可得： p p0

3、cos 1 M m tx0c0其中Mm Vm c0为介质运动的马赫数。 介质向着接收点运动时 Vm（或 Mm） 为正，反之为负。可见若声源和接收器不动，则接收器接收到的频率：fm （1 Mm） f（1-7）还可看出，若声源和介质一起运动，则频率不变。为了简单起见，本实验只研究第 2 种情况：声源、介质不动，接收器运动速 度为Vr 。根据1-4式可知，改变V r就可得到不同的 f r以及不同的 f = f r -f，从而 验证了多普勒效应。另外，若已知 Vr 、f，并测出 fr ，则可算出声速 c0 ，可将用 多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的声速作比较。 若将仪器的超声换能器 用作速度传感

4、器，就可用多普勒效应来研究物体的运动状态。四、实验内容与步骤 把测试架上收发换能器 （ 固定的换能器为发射，运动的换能器为接受 ） 及光电门 I 连在实验仪上的相应插座上 , 实验仪上的“发射波形”及“接收波形”与普通双 路示波器相接 , 将“发射强度”及“接收增益”调到最大；将测试架上的光电门 II、限位及电机控制接口与智能运动控制系统相应接口相连；将智能运动控制系 统“电源输入”接实验仪的“电源输出” 。开机后可进行下面的实验。1. 验证多普勒效应 进入“多普勒效应实验”画面后，先“设置源频率” , 用“ ”“ ”增减信 号频率，一次变化 10Hz，同时观察示波器的波形，当接收波幅达最大时

5、，源频 率即已设好。接着转入“瞬时测量”，确保小车在两限位光电门之间后，开启智能运动控 制系统电源，设置匀速运动的速度，使小车运动，测量完毕后，可得到过光电门时的信号频率 , 多普勒频移及小车运动速度改变小车速度，反复多次测量，可作出 f v 或 f v 关系曲线改变小车的运动方向， 再改变小车速度， 反复多次测量， 作出 f v 或 f v关系曲线。然后转入“动态测量”，记下不同速度时换能器的接受频率变化值。注意： 动态测量仅限于小车运动速度较低时。改变小车速度，反复多次测量，可作出 f v 或 f v 关系曲线改变小车的运动方向， 再改变小车速度， 反复多次测量， 作出 f v 或 f v 关系曲线。动态法可更直观的验证多普勒效应。2. 研究物体的运动状态 将超声换能器用作速度传感器， 可进行匀速直线运动， 匀加（减）直线运动， 简谐振动等实验。这时应进入“变速运动实验” ，设置好采样点数，采样步距后 , “开始测量”，测量完后显示出结果。进行运动实验时，除了用智能运动系统控制的小车外，还可换用手动小车， 这时注意应该推动小车系统的底部使小车运动，并且不能用力过大、过猛。五、注意事项1、使用时，应避免信号源的功率输出端短路。2、注意仪器部件的正确安装、线路正确