1313多普勒效应综合实验

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1、无线传输型多普勒效应综合实验仪一、简介HLD-DPL-TTT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一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-•端超声发生头发出的超声信号，当小车运动时，无线接收一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品屏显示出多普勒频移的数们、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，可以认力是完全自由的运动，川多普

2、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Z传输电缆内部断线可能造成的故障。本仪器采用《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: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无线接收一转发器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套多普勒效应综合实验的研宄［实验目的］1.研宂波源不动，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

3、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如图1所示，若观察者开始吋处于图中P点位置，从波源S向观察者发山频率为速度为w的波，在冰时间内经过P点的完整波数应为分布在W必距离中的波数。现在若观察者在此冰时间A迎着波的传播方向以速度V,运动到P’点位置，则在冰时间内观察者接收到的完整波数是分布在（W+V,）冰距离上的波数。反之，若观察者以v2的速度向远离波源的方向运动吋，则在冰吋间内观察者接收到的完整波数是分布在（w-v2）冰距离上的波数。考虑到波源在介质中是静止的，故综合以上两种情况，

4、巾于观察者的运动，观察者接收到的波的频率/与波源发出的频率人的关系应为:(1).W土VJ=U在（1）式中当观察者是迎着波的传播方向运动时，我们规定V的符号取“+”，向远离波源的方向运动时规定V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¥=7o,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A/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根据（2）式，我们知道观察者运动速度v的人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/0后，根据（2）式即可算出声速來。为了测量的精确，我们可测多组A/-V的数据，然后用作图法或逐差法求得A/-V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w=/外77似，其中为气体比热容比（空气屮/«1.4），为普适气体常S:8.31M=2.89xl0_2似•mo/_1为0°C时摩尔气体质量，T为绝对温标，换处成摄氏温标r为r=273+f'C。把以上数据代入并代简后可得温度广C时的声速理论值为：w=331tnIs（3）V2731.用光电门测物体运动速度的方法△X图2在运动物体上有一个U型挡光

6、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Av（见图2（b）所示），两次切断光线的时间间隔被光电计时器记下为AZ，则在此时间间隔中物体运动的速度v的平均伉为Axv=——（4）Ar若挡光片的挡光前沿间距的Ar比较小，则时间间隔AZ也就较小，此时速度的平均值F就近似可作为即时速度V。［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。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

7、的超声接收头始终对着滑轨一端的超声发射头的方向，同吋使无线接收-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）。仪器主机面板上有一个液晶显示屏，可川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