多普勒效应综合实验28

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1、多普勒效应综合实验当波源和接收器之叫有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方而都有十分广泛的应用。例如：原了，分了•和离了由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星人气及等离了•体物理状态的重要测S和诊断手段。基于多普勒效应原现的雷达系统己广泛应川于导弹，卫星，车辆等运动0标速度的监测。在医学上利川超声波的多普勒效应来检查人体A脏的活动情况，血液的流速

2、等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理足一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，乂可利用多普勒效应将超声探爻作为运动传感器，研究物体的运动状态。【实验口的】1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，外由尸K关系直线的斜率求声速。2、利用多普勒效应测景物体运动过程中多个时问点的速度，杳看r-z关系曲线，或调阅有关测景数据，即可得出物体在运动过程小的速度变化情况，可研究：（1）ft由落体运动，并由K-Z关系直线的斜率求重力加速度。（2）简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。（3）

3、匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。（4）其它变速直线运动。【实验原理】根裾声波的多普勒效应公忒,当声源与接收器之间有相对运动吋，接收器接收到的频率/为:u^VxCOS6^f=./ou-V2cos(1)图1超声的多普勒效应示意图1、超卢的多普勒效应式屮Ti）为声源发射频率，n为声速，h为接收器运动速率，«,为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，h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（如图1）。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（6C=0）以速

4、度K运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为:当接收器向着声源运动时，r取正，反之取负。若./0保持不变，以光电门测景物体的运动速度，外由仪器对接收器接收到的频率fcl动计数，根据（2）式，作/-r关系图可直观验证多咎勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=fQ/u,由此可计算出声速由（2）式可解出：若已知声速《及声源频率/(),通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率/采样计数，由微处理器按(3)式计算出接收器运动速度，由显示辨显示r-z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

5、体运动状况及规律进行研究。2、超声的红外调制与接收單期产品中，接收器接收的超声信兮由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体h,导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨-•端的红外接收端接收红外信兮活，冉将超声信兮解调出來。由于红外发射/接收的过程中信兮的传输是光述，远远大于声速，它引起的多普勒效应可忽略不计。采川此技术将实验屮运动部分的导线去掉，使得测景更准确，操作更方便。信号的

6、调制-发射-接收-解调，在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。【实验仪器】实验仪内置微处理器，带有液品显示屏，阁2为实多杏勒效应综合实验仪由实验仪，超声发射/接收器，红外发射/接收器，导轨，运动小车，支架，光电门，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码及电机控制器等组成。验仪的面板图。多餹勒效应综合实独仪失供《#rO0充中.摘示实验仪采用菜单式操作，敁示屏显示菜单及操作提示，由键选择菜单或修改参数，按“确认”键f仪器执行。可在“杏询”页面，杏询到在实验吋□保存的实验的数据。操作者只须按每个实验的提示即可完成操作。1、综合实验仪而板上两个指

7、示灯状态介绍：(1)失锁瞥告指示灯：亮，表示频率失锁。即接收倌号较弱(原因：超声接收器电景不足)，此吋不能进行实验，须对超声接收器充电，让该指示灯灭；发射光龟门格牧OOOO成•杜td中«仅》电投公爾1?12多?t妫实验仪曲板阁火，表示频率锁定。即接收信号能够满足实验要求，可以进行实验。(2)充电指示灯：灭，表示正在快速充电；亮(绿色)，表示正在涓流充电；亮(黄色)，表示已经充满；亮(红色)，丧示已经充满或充电针未接触。2、电机投制器功能介绍(1)电机控制器可手动控制小车变换5种速度；(2)手动控制小车“启动”，并自动控制小:午

8、:倒回(3)5只LED灯即町指示当前设定速度，又讨根据指示灯状态反映电机控制器与小车之间出现的故障。表1故障现象、原W及处理人法故障现象故障原因处理方法小车未能启动小:午:尾部磁钢未处亍屯机控制器前端磁感应范W内将小车移至电机控制器前端传送带未绷紧调节电机控制器的位置使传送带