多普勒效应综合实验报告思考题

多普勒效应综合实验

实验目的：

a. 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。 b. 自由落体运动，并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。 实验仪器：

多普勒效应综合实验仪。 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)/(u?V2co?s2) （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）

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) 实验内容及步骤： 1．

实验仪的预调节

实验仪开机后，首先要求输入室温，这是因

大学物理实验

多普勒效应综合实验

（附数据处理图）

(注：由于上传后文库中数据图看不清楚，须下载后才能看清楚)

当波源和接收器之间有相对运动时，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，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子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大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可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。

【实验目的】

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，并由f－V关系直线的斜率求声速。

2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，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，可研究：

① 匀加速直线运动，测量力、质量与加

多普勒效应综合实验

当波源和接收器之间有相对运动时，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，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子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大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可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。

实验目的

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，并由f-V关系直线的斜

率求声速。

2. 利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V-t关系曲线，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，可研究： 1) 自由落体运动，并由V-t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

大学物理实验,多普勒效应实验数据分析部分。最最精华的。

v f40130 40120 40110 40100 40090 40080 40070 40060 40050 40040

0.39 40047

0.61 40073

0.76 40091

0.91 40107

1.04 40123

f

f 线性 (f)

0

0.5

1

1.5

vf t v 40016 40024 40034 40040 40046 40053 40061 40065 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.128321 0.196758 0.282305 0.333634 0.384962 0.444845 0.513283 0.547502

0.7

0.6

砝码质量 m1=55.3g

f

0.50.4

0.3 0.20.1

v

线性 (v)

00 0.5 1 1.5

tf t v 40034 40044 40053 40069 40079 40090 40102 40110 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.282305 0.367853 0.444845 0.58172 0.667267 0.761369 0.864026 0.9324641.2

大学物理实验,多普勒效应实验数据分析部分。最最精华的。

v f40130 40120 40110 40100 40090 40080 40070 40060 40050 40040

0.39 40047

0.61 40073

0.76 40091

0.91 40107

1.04 40123

f

f 线性 (f)

0

0.5

1

1.5

vf t v 40016 40024 40034 40040 40046 40053 40061 40065 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.128321 0.196758 0.282305 0.333634 0.384962 0.444845 0.513283 0.547502

0.7

0.6

砝码质量 m1=55.3g

f

0.50.4

0.3 0.20.1

v

线性 (v)

00 0.5 1 1.5

tf t v 40034 40044 40053 40069 40079 40090 40102 40110 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.282305 0.367853 0.444845 0.58172 0.667267 0.761369 0.864026 0.9324641.2

：用经典的相对性原理难于懈释斐索实验中观察到的干涉条纹的移动.用狭义相对论的速度相加原理考虑多普勒效应.可以使理论与实验符合得蔓好.通过计算表明。多普勒效应在测定运动媒质中的光速时是很重要的。

第１４卷第４期

２ｏｏ贵州教育学院学报ＶｏＩ－１４ ＮＪｏｕＲＮＡＬｏＦＧｕｌｚＨｏｕＥＤｕｃＡＴＩｏＮＡＬｃｏＬＬＥＧＥ０‘４３年８月Ａ“ｇ ２００！

斐索实验中的多普勒效应

孙卫真

（贳州师范大学物理与电子科学系，贵州贵阳５５０００１）

摘要：用经典的相对性原理难于懈释斐索实验中观察到的干涉条纹的移动．用狭义相对论的速度相加原理考

虑多普勒效应．可以使理论与实验符合得蔓好．通过计算表明。多普勒效应在测定运动媒质中的光速时是很

重要的。

关键词：斐索实验ｌ干涉条纹的移动；多普勒效应

中田分类号１０４３文献标识码：Ａ文章缡号；１００ｚ一６９８３（２００３）０４—００４卜’０３

ＤｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔｉｎＦｉｚｅａｕｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

ＳＵＮＷｅｉ—ｚｈｅｎ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥ１ｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅ．ＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａ“ｇ Ｇｕｉｚｈｏｕ５５０００１．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎ

多普勒效应综合实验

一、选择题：

1、一架低空飞行的飞机，从远处水平匀速地飞至某同学头顶上空，若飞机振动的频率始终不变，从听到声音至飞机飞到该同学头顶上空时刻前，他听到的飞机声音的音调（ ） A.不变，且一直与飞机实际发出的声音音调相同； B.不变，且一直比飞机实际发出的声音音调低； C.不变，且一直比飞机实际发出的声音音调高；

D.一直比飞机实际发出的声音音调高，但音调逐渐变低，越来越接近实际发出的。

2、多普勒效应综合实验中，验证多普勒效应时，接收器接收到的频率

f与运动速度V的关

系曲线为（ ）

A 不过原点的直线 B 双曲线 C 椭圆 D 过原点的直线 3、多普勒效应综合实验中，验证多普勒效应时,运动的接收器为（ ） A超声发射器 B小车 C 砝码 D滑轮 4．智能测速仪测量的速度是（ ）

A、滑块经过光电门时的瞬时速度。 B、滑块经过光电门时的平均速度。

C、滑块在气垫导轨上运动的整个过程中的平均速度。 D 滑块在气垫导轨上运动的任意过程中的平均速度。

5、在多普勒效应实验装置中，光电门的作用是测量小车通过

1 引言

因波源和观测者有相对运动而出现的观测频率与波源频率不相等的现象,叫做多普勒效应。1842年,多普勒发表论文首次论述多普勒效应。他推导出当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的波长频率会改变,在运动的波源前面波被压缩,波长变短,频率变高；在运动的波源后面波长变长,频率变低。波源的速度越高,产生的这种频率变化越大。观测频率变化的程度,可以计算出波源沿观测方向运动的速度。从此关于多普勒发现的这种现象得到了人们的广泛关注，并拉开了研究多普勒效应及运用的序幕。2003年河南大学物理系尹国盛以光子假设为前提 ,利用动量守恒定律和能量守恒定律导出了相对论多普勒公式，包括经典力学中的多普勒公式和相对论力学中的多普勒公式，并简单讨论了经典力学的多普勒效应

[1]

。在同年3

月湖北工学院数理系的别业广通过研究认为多普勒效应是一切波动过程的共同特征，不仅机械波有多普勒效应,电磁波也有多普勒效应

[2]

。在6月湖

北工学院数理系的徐国旺和别业广在引入速度矢量的基础上，导出了接收频率与本征频率的关系，并对多普勒效应中观察者所在处的振动方程进行了初步探讨

[3]

。除此之外 ,他们还用Mathematica 对一实例进行了动画演

示。2004年陕西科技大学理学院的刘运以静

6.4

驻波驻波在同一是质中介两振列幅频率、传播速 和都度相同相位差恒定的、干相波同一直在线沿上相反方 向播传叠时加结果。的 一驻、方波

y1程 A ocs ( t

2

x

)y2 Aos(c t 2 x

)

y 1y y2 A 2os c2

x

cso tx

( A )x 2 A co s2

y A x ) c(os t

它示表点都各作在简振谐，各点动振的动频率相，同 是来原波的率频。各但振点随位幅的不置而同同不。 驻波的点特不是：振的传播，而是动媒质中各质 点作稳定都振动。 的若入波射与反波的射位初不为零相即, 2 x 2xy2 A os(c t 2 ) y 1 A ocs(t 1 ) 2 1 x 2 1 y y 1y2 2 Aosc 2 cos t 2 2 空项间振：幅时 间

项

yA(x co)s t二、波驻特点的 1、腹波与节波 波振驻幅分特布点x 若 c os2 1 A x )( 2 A cos 2

x

y 2 o

2

x

A( ) 2x

北京航空航天大学

北京航空航天大学

物理研究性实验报告

实验项目名称：

对多普勒效应测量超声声速实验的扩展

多普勒效应测量超声声速

摘 要：本实验通过学习多普勒效益的相关原理，利用BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪测量

超声声速，结合光电门测速的方法验证多普勒超声测速仪测量小车速度的精准程度。在本次试验报告中，将探讨多普勒勒效应试验数据的误差分析；将对试验仪器进行改进；利用多普勒超声测速仪进行更多实验的操作。

1

北京航空航天大学

一、实验重点：

(1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用； (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用； (3)熟悉数字示波器的使用。

二、仪器相关原理简介与相应计算：

在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁，有火车高速经过时，汽笛声会由高亢变得低沉，就是这个缘故。如果观