物理演示实验报告-物理演示实验自主设计方案

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1、HARBINENGINEERINGUNIVERSITY物理演示实验报告物理演示实验自主设计方案学生姓名学生学号选课时间4月26日15时-17时联系电话方案得分物理实验教学中心填写说明及注意事项一、自行设计能够演示某种物理原理或者现象的仪器或者方法。二、须逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确、严谨。三、设计方案要能很好地展示物理原理，所设计方案要求合理、可行，要具有一定的创新性和新颖性。四、A4双面打印。五、课后2周内把报告交到11号楼2楼2008室外面王大伟老师的报告箱中。注：6月份上课的，课后1周内交报告。一、演示物理原理简介

2、（可以配图说明）由于波源或观测者的运动，造成观测频率和波源频率不同的现象，称为多普勒效应．多普勒效应指出，波在波源移向观察者接近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。如图所示，设声源为S，观察者L分别以速度、在静止介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为v，且

3、（v-),观察者接收到的声波的频率为：--①该式是多普勒效应公式的一般形式。下面讨论几个特殊情况：(1)当观察者和波源都不动时，由①式得：f=f0。(2)当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接收到的声波频率为：(3)观察者不动，声源远离观察者时，①式中的应取负值，观察接收到的声波频率为：，显然这时ff0，观察者感到音调变高。(5)声源不动，观察者远离

4、声源时，观察者接收到的声波频率:，显然这时f

5、圆周运动，将麦克风放在蜂鸣器的环形路线上某点处，因此声源以最大前进速率接近和以最大后退速率远离麦克风的位置相对麦克风是对的，且由于距离麦克风都很近，因此无需考虑声波衰减。进行声电转换，将声音信号I转变成电流信i并用信号放大器放大，驱动发光二极管，通过二极管明暗变化演示声波的多普勒效应。演示装置：声源蜂鸣器为宏研TMBl2C，是单频振荡音源，谐振频率2400Hz，高音量输出，尺寸小、重量轻、无电磁干扰。接收器麦克风为今联MIC一309，是经过特别过滤技术处理，强化单一方向声音，可过滤背景杂音。电动机为直流电源控制，转速可调，为减小震动，固

6、定在大质量底座上。电动机带动l根长2m的轻质细杆转动，细杆两端分别安装蜂鸣器和配重物。光电门和数字毫秒计取自实验室常见的气垫导轨实验。为使实验现象明显(即发光二极管明暗变化对比鲜明)，在本实验中应该保证声强比≥1．2，由Mathematica工具软件绘制的声强比与声源速率的关系图2(声速取标准值u=340m／s)可以看出：要求声源匀速圆周运动线速度≥15m／s，若转动半径R=1m，则角速度=≥15rad／s。细杆转动角速度可利用光电门和数字毫秒计的测速功能直接调至=15rad／s开始演示。演示方法：将麦克风接入信号放大器，蜂鸣器发出固定

7、频率的等幅声波，细杆以恒定角速度=15rad／s逆时针旋转，声音信号由麦克风接收转换后放大，驱动发光二管．图3是根据频率变化公式v=绘制的曲线。可看出：当θ≈0时，蜂鸣器正以最大后退速率远离麦克风，由于多普勒效应，接收到的信号频率最小，能量最小，二极管最暗；蜂鸣器作圆周运动，随着口增大，接收到的信号频率逐渐增大，二极管应该逐渐变亮，当θ≈2π时，蜂鸣器正以最大前进速率接近麦克风，接收到的信号频率最大，能量最大，二极管达到最亮。由于声源是周期运动，可见从接近麦克风运动到远离麦克风，二极管迅速由最亮变为最暗，时间很短，由最暗变成最亮的周期大

8、约为0.5S，由于周期较小，实际观察到的现象是二极管忽明忽暗快速闪烁，但明暗对比鲜明。三、本方案创新之处本方案利用声波多普勒效应导致声强变化特点，进行声电转换，将声音信号转变成电信号，并用信号放大器放大，驱