多普勒效应实验
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实验8 多普勒效应综合实验对于机械波、声波、光波和电磁波而言,当波源和观察者(或接收器)之间发生相对运动,或者波源、观察者不动而传播介质运动时,或者波源、观察者、传播介质都在运动时, 观察者接收到的波的频率和发出的波的频率不相同的现象,称为多普勒效应。
多普勒效应在核物理、天文学、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面有十分广泛的应用。
如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达,多普勒彩色超声诊断仪等。
【实验目的】1. 了解声波的多普勒效应现象,掌握智能多普勒效应实验仪的应用。
2. 测量超声接收器运动速度与接收频率的关系,验证多普勒效应。
3. 观察物体不同类型的变速运动的规律。
4. 掌握用时差法测量空气中声波的传播速度。
5.超声换能器特性测量。
【实验仪器】智能多普勒效应实验仪由A 718FB 型实验仪、测试架组成。
A 718FB 实验仪由信号发生器和功率放大器、接收放大器、微处理器,液晶显示器等组成。
测试架由步进电机,电机控制模块,超声收、发射换能器,光电门、小车等组成(如图2-8-1所示)。
【实验原理】1.声波的多普勒效应:设声源在原点,声源振动频率为f ,接收点运动和声波传播都在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:⎪⎭⎫⎝⎛-=x u t p p ωω cos 0 (2-8-1) (1)声源运动速度为S V ,介质和接收点不动:设声速为u ,在时刻t ,声源移动的距离为:)u x t (V S -因而声源实际的距离为: )(0u x t V x x S --= 所以00()/(1) ()/(1)SS S S V x x V t ux V t M =--=-- (2-8-2)其中u /V M S S =为声源运动的马赫数,声源向接收点运动时S V (或S M )为正,反之为负,将式(2-8-2)代入式(2-8-1) :⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛--=u x t M p p S 001cos ω可见接收器接收到的频率变为原来的SM 11-, 即 :SS M 1ff -=(2-8-3)(2)声源、介质不动,接收器运动速度为r V ,同理可得接收器接收到的频率:f uV f M f rr r )1()1(+=+= (2-8-4) 其中uV M rr =为接收器运动的马赫数,接收点向着声源运动时r V (或r M )为正,反之为负。
多普勒效应实验报告引言多普勒效应是19世纪初由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒提出的一种物理现象,它描述了由于发射源或接收源相对于观察者的相对运动而导致的频率变化。
这一现象在日常生活中也有很多实际应用,例如各种雷达设备、医学超声波和天文学测量等领域。
本次实验旨在通过模拟和观察多普勒效应来加深对其原理的理解。
实验目的通过模拟车辆行驶时发出声音的多普勒效应,验证多普勒效应的存在及其原理。
实验材料- 一个声音发生器- 一个车辆模型- 一台频率计- 扬声器- 一个音高计实验步骤1. 搭建实验装置:将声音发生器和频率计连接,通过扬声器发出声音;在一固定位置放置车辆模型。
2. 测量静止状态下的频率:在车辆静止的情况下,记录频率计显示的数值。
3. 测量追上车辆时的频率:由于车辆以一定速度远离发声源,观察者向车辆靠近。
记录频率计显示的数值。
4. 测量追赶车辆时的频率:车辆以一定速度迎面驶来,观察者离开车辆。
记录频率计显示的数值。
5. 分析数据结果:对比静止状态下的频率和追上、追赶车辆时的频率,观察差异并得出结论。
实验结果在进行实验的过程中,我们记录下了实验数据并进行了数据分析。
在静止状态下,声音发生器发出的声音频率为2000 Hz。
当观察者向车辆靠近时,频率计显示的数值逐渐增加,最终达到2050Hz。
而当观察者离开车辆时,频率计显示的数值逐渐减小,最终达到1950 Hz。
讨论及分析根据实验结果可知,当观察者向车辆靠近时,接收到的声波频率较高;当观察者远离车辆时,接收到的声波频率较低。
这是由于车辆和观察者相对运动导致的多普勒效应。
在静止状态下,观察者接收到的声波频率与声音发生器发出的声音频率相等,因两者相对静止。
但是当观察者向车辆靠近时,观察者将接收到来自车辆发出的频率较高的声波,导致频率计显示数值增加。
而当观察者远离车辆时,观察者将接收到来自车辆发出的频率较低的声波,导致频率计显示数值减小。
这一现象可以通过多普勒公式来解释。
多普勒效应的实验验证与应用多普勒效应是物理学中一个重要的现象,它描述了当一个波源以一定速度靠近或远离一个观察者时,观察者所接收到的波的频率的变化。
这个效应在学术研究和实际应用中都有重要意义,下面我们将就多普勒效应的实验验证和应用进行讨论。
实验验证多普勒效应的方法有很多种,其中一种经典的实验是利用光学原理。
实验首先设定一个具有可靠测量的频率的光源,并将其固定在一个平台上。
然后,将观察者放置在离光源一定距离的位置。
接下来,通过改变光源所在平台的运动状态(例如,将其向观察者靠近或远离),观察者可以观察到光源的颜色的变化。
根据多普勒效应的原理,如果光源靠近观察者,观察者将会看到光源的颜色变蓝,即波长变短,频率变高;而如果光源远离观察者,观察者将会看到光源的颜色变红,即波长变长,频率变低。
通过测量颜色变化的幅度和方向,我们可以验证多普勒效应的存在。
多普勒效应不仅在实验中得到验证,还在现实生活中得到广泛应用。
其中一个重要的应用就是天文学中的红移和蓝移现象。
根据多普勒效应的原理,当一个星体远离地球时,我们将会观察到它的光谱向红色偏移,而当一个星体靠近地球时,我们将会观察到它的光谱向蓝色偏移。
通过观察这些偏移,天文学家可以推断出星体的运动状态和远离地球的距离。
此外,多普勒效应还在医学领域中得到了广泛应用。
医学中常用的超声波检测技术,就是基于多普勒效应原理开发的。
当超声波传播到人体组织中时,如果血液流动的速度发生变化,观测者会通过接收到的反射波的频率变化来判断血流速度的变化。
通过这种方式,医生可以对血液循环进行精确的测量,并为疾病的诊断和治疗提供重要信息。
总的来说,多普勒效应的实验验证和应用既有学术上的重要性,也对现实生活中的各个领域产生了积极的影响。
通过实验验证多普勒效应,我们加深了对波动性质的理解;而在应用方面,多普勒效应为天文学家提供了一种重要的测量星体运动的手段,也为医学界提供了一种非侵入性的血流测量技术。
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。
②自由落体运动,并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。
③简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较。
④其它变速直线运动。
【实验原理】1、超声的多普勒效应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+V1cosα1)/(u–V2cosα2)(1)式中f0为声源发射频率,u为声速,V1为接收器运动速率,α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角,V2为声源运动速率,α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。
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)当接收器向着声源运动时,V取正,反之取负。
实验四十三 多普勒效应综合实验【实验目的】1. 验证多普勒效应,并利用多普勒效应公式测量声速;2. 利用多普勒效应测量物体运动的速率V ,并利用V -t 关系或有关测量数据,研究:(1)自由落体运动,测量重力加速度;(2)简谐振动,测量简谐振动的周期等参数; (3)其它变速直线运动。
【实验方案】1. 验证多普勒效应,并利用多普勒效应公式测量声速根据多普勒效应,当声源与接收器之间有相对运动时,接收器接收到的声波频率νR 为:S SS RR R u u νθυθυνcos cos -+=(1)式中νS 为声源的发射频率,u 为声速,R υ为接收器的运动速率,θR 为接收器运动方向与声源和接收器连线之间的夹角,S υ为声源的运动速率,θS 为声源运动方向与声源和接收器连线之间的夹角。
若声源保持不动,固定在运动物体上的接收器沿声源和接收器连线方向以速率V 运动,则从(1)式可得接收器接收到的频率νR 为:SR uVu νν±=(2)当接收器向着声源运动时,取“+”号,反之取“-”号。
把(2)式简单整理后可得VuSS R ννν±=(3)欲验证多普勒效应,由(3)式可知,在保持声源的发射频率νS 和声速u 不变的情况下,让物体以不同速率通过光电门,仪器自动记录物体通过光电门时的运动速率V 和与之对应的接收频率νR ;然后可以利用作图法(或最小二乘法),检验νR 和V 是否成线性关系,即可检验多普勒效应。
欲测量声速u ,只需用作图法(或最小二乘法)求出νR —V 关系直线的斜率k 即可。
因为k = νS /u ,所以由此可计算出声速u = νS /k 。
2. 利用多普勒效应测量物体运动的速率欲利用多普勒效应测量物体运动的速率,可由(2)式解出:)1(-=SRu V νν (4)若已知声速u 及声源的发射频率νS ,通过测量接收器接收到的频率νR ,则由(4)式可计算出运动物体的速率。
3. 利用多普勒效应研究自由落体运动 自由落体运动的公式为:⎭⎬⎫==2/2gt h gtV (5)让带有超声接收器的接收组件自由下落,利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速率,查看V -t 关系图和有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速率变化情况,进而计算出自由落体运动的加速度。
多普勒效应实验报告多普勒效应实验报告引言:多普勒效应是物理学中的一个重要现象,它描述了当光或者声波源相对于观察者运动时,观察者所感受到的频率的变化。
本次实验旨在通过测量多普勒效应来验证其存在,并进一步探究其原理和应用。
实验设备:1. 音源:使用一个可调节频率的音源,如发声器或扬声器。
2. 麦克风:用于接收音源发出的声波信号。
3. 频率计:用于测量声波的频率。
实验步骤:1. 将音源和麦克风分别固定在实验台上,使其相对位置保持不变。
2. 将频率计连接到麦克风上,并将其打开。
3. 开始实验前,确保音源和麦克风之间的距离保持不变。
4. 将音源的频率调至一个固定值,记录下此时的频率。
5. 将音源缓慢移动,使其远离或靠近麦克风,并记录下此时的频率。
6. 重复步骤5多次,以获得更多数据。
实验结果与讨论:通过多次实验,我们得到了一系列音源频率与麦克风接收到的频率之间的关系。
根据多普勒效应的原理,当音源远离麦克风时,麦克风接收到的频率会比实际频率低,而当音源靠近麦克风时,麦克风接收到的频率会比实际频率高。
我们将实验数据整理并绘制成图表,以进一步分析多普勒效应的规律。
图表中横轴表示音源与麦克风之间的距离变化,纵轴表示麦克风接收到的频率变化。
根据实验数据的分析,我们可以得出以下结论:1. 当音源远离麦克风时,麦克风接收到的频率呈现逐渐减小的趋势。
这是因为声波在传播过程中,当音源远离麦克风时,每个波峰到达麦克风的时间间隔增加,导致频率降低。
2. 当音源靠近麦克风时,麦克风接收到的频率呈现逐渐增加的趋势。
这是因为声波在传播过程中,当音源靠近麦克风时,每个波峰到达麦克风的时间间隔减小,导致频率增加。
通过实验数据的分析,我们验证了多普勒效应的存在,并进一步了解了其原理。
多普勒效应在实际生活中有着广泛的应用,如天文学中的红移和蓝移现象、雷达测速等。
它不仅在物理学领域具有重要意义,也在其他科学和工程领域中发挥着重要作用。
结论:本次实验通过测量音源与麦克风之间的频率变化,验证了多普勒效应的存在。
多普勒效应实验报告一、实验目的1.了解多普勒效应的基本原理以及相关概念;2.利用多普勒效应来测量声源的速度;3.学习利用频率变化原理判断物体运动方向的方法。
二、实验原理多普勒效应是指当声源或接收器相对于空气运动时,其工作频率会发生变化的现象。
这是由于声波在空气中以有限速度传播,如果有物体相对于媒质自身运动,则声波的传播速度相对于物体而言会有差异,从而改变了声波的频率。
例如,当一个声源自身静止时,其工作频率为f0,但是当其向接收器方向移动时,由于声波传播速度相对于声源自身而言变快,所以接收器接收到的频率f1会变大;反之,当声源向远离接收器方向移动时,接收到的频率f2会变小。
多普勒效应还可以用来测量物体的速度和运动方向,例如利用多普勒雷达来测量飞机的速度和方向。
三、实验器材1.震荡器、扬声器;2.频率计、示波器;3.电源、电缆。
四、实验步骤1.连接实验线路,将示波器接收端接在扬声器上,将震荡器与扬声器固定在相距一定的地方(约1m);2.将震荡器的频率调整为f0,扬声器发出的声音的频率与震荡器的频率相同;3.移动扬声器,使其相对于震荡器和示波器运动,记录频率计显示的频率;4.测量不同距离下的频率,记录数据。
根据多普勒效应的公式计算出声源运动的速度。
五、实验结果在进行实验过程中,我们记录了不同距离下频率计显示的频率值,根据多普勒效应公式计算出了在此距离下的速度,并绘制出速度与距离的关系曲线(图1)。
从图中可以看出,当声源与接收器间的距离越远,测量得到的速度值越接近真实值。
此外,我们还利用多普勒效应来判断物体的运动方向。
当声源向接收器方向运动时,我们发现接收到的声音的频率较大;当声源远离接收器方向运动时,接收到的频率较小。
因此,通过观察频率变化可以判断物体的运动方向。
图1:声源速度与距离关系曲线六、实验分析从实验结果可以看出,多普勒效应是一种非常重要的物理现象,在实际应用中有很大的作用。
例如,利用多普勒雷达可以测量飞机、汽车等运动物体的速度和方向;利用多普勒医学成像可以观察人体内部的血流情况。
1. 实验目的(1)验证多普勒效应的存在,加深对波动现象的理解。
(2)通过实验测量声源与接收器之间的相对运动速度。
(3)掌握多普勒效应在生活中的应用。
2. 实验意义(1)多普勒效应是波动现象中的重要规律,对于研究声波、电磁波等领域具有重要的理论意义。
(2)多普勒效应在实际生活中有着广泛的应用,如声纳、雷达、医疗诊断等。
二、实验原理1. 多普勒效应原理多普勒效应是指波源与接收器之间相对运动时,接收器接收到的波的频率发生变化的现象。
当波源向接收器运动时,接收器接收到的频率变高;当波源远离接收器运动时,接收器接收到的频率变低。
2. 实验原理本实验采用相位法测量声源与接收器之间的相对运动速度。
实验中,声源发射连续的正弦波,接收器接收并测量接收到的波的相位。
根据相位差与频率的关系,计算出相对运动速度。
三、实验仪器与设备1. 实验仪器(1)声源:超声波发生器(2)接收器:超声波接收器(3)示波器(4)信号发生器(5)频率计(6)计时器(7)导线(8)支架2. 实验设备(1)实验桌(2)实验台(3)电源四、实验步骤1. 连接实验电路,确保实验仪器正常工作。
2. 将声源和接收器固定在支架上,调整距离,使接收器能够接收到声源发射的超声波。
3. 打开示波器,观察接收到的超声波波形,记录初始频率。
4. 改变声源和接收器之间的距离,观察接收到的超声波波形,记录此时的频率。
5. 根据频率变化计算相对运动速度。
五、数据处理与结果分析1. 数据处理根据实验数据,计算声源与接收器之间的相对运动速度。
2. 结果分析(1)分析实验结果与理论值的差异,探讨误差来源。
(2)讨论多普勒效应在实际生活中的应用。
六、思考题1. 多普勒效应在日常生活中有哪些应用?请举例说明。
2. 在实验过程中,为什么需要调整声源和接收器之间的距离?3. 如何减小实验误差?4. 多普勒效应在医学领域有哪些应用?5. 多普勒效应在军事领域有哪些应用?6. 为什么多普勒效应在实际应用中具有重要意义?7. 结合实验结果,分析多普勒效应在生活中的应用前景。
多普勒效应测声速新方法研究性实验报告多普勒效应测声速新方法研究性实验报告一、实验目的本实验旨在通过使用多普勒效应的原理,探索一种测量声速的新方法,并通过对实验数据的分析,验证该方法的可行性和准确性。
二、实验原理多普勒效应是指波源和观测者之间的相对运动会导致观测到的波的频率发生变化的现象。
在声学中,当声源和接收器之间存在相对运动时,接收器所接收到的声波的频率将会发生变化。
如果声源和接收器之间的距离缩短,接收器所接收到的声波的频率将会增加;反之,如果声源和接收器之间的距离增加,接收器所接收到的声波的频率将会减少。
这种现象被称为多普勒效应。
本实验中,我们将使用一个超声波发生器和一个超声波接收器来模拟声源和接收器之间的相对运动。
通过改变超声波发生器和超声波接收器之间的距离,我们可以测量出接收器所接收到的超声波的频率变化。
根据多普勒效应的原理,我们可以通过测量频率变化来计算出声源和接收器之间的相对速度,从而得到声速。
三、实验步骤1.将超声波发生器和超声波接收器固定在支架上,并调整它们之间的距离。
2.打开超声波发生器的电源,使其发出超声波。
3.使用示波器观察超声波接收器的输出信号,并调整示波器的参数,使其能够清晰地显示出信号的波形。
4.缓慢地改变超声波发生器和超声波接收器之间的距离,同时观察示波器上信号的频率变化。
5.记录下每次测量时超声波发生器和超声波接收器之间的距离以及示波器上信号的频率变化。
6.重复实验多次,取平均值以减小误差。
7.使用多普勒效应的原理,计算出声源和接收器之间的相对速度,从而得到声速。
8.将实验得到的声速与理论值进行比较,分析误差的原因。
四、实验结果与分析在本实验中,我们使用了多普勒效应的原理来测量声速。
通过改变超声波发生器和超声波接收器之间的距离,我们测量了接收器所接收到的超声波的频率变化。
根据测量结果,我们计算出了声源和接收器之间的相对速度,从而得到了声速。
我们将实验得到的声速与理论值进行了比较,发现两者之间存在一定的误差。
多普勒效应实验报告思考题多普勒效应实验报告思考题多普勒效应是物理学中一个重要的现象,它描述了当波源和接收者相对运动时,波的频率和波长会发生变化的现象。
这个效应广泛应用于天文学、声学、雷达等领域。
在实验中,我们通过测量声音的频率变化来验证多普勒效应,进一步探索其原理和应用。
实验中,我们使用了一个装置,其中包括一个发声器和一个接收器。
发声器产生连续的声音波,接收器用于接收并测量声音的频率。
我们将发声器固定在一个平台上,然后通过改变平台的运动状态,观察声音频率的变化。
首先,我们将平台保持静止,不进行任何运动。
在这种情况下,我们观察到声音的频率保持稳定,不发生变化。
这是因为发声器和接收器之间没有相对运动,多普勒效应不会发生。
接下来,我们开始改变平台的运动状态。
我们将平台以匀速运动,并保持一个固定的方向。
在这种情况下,我们观察到声音的频率发生了变化。
当平台朝向接收器运动时,声音的频率变高;当平台背离接收器运动时,声音的频率变低。
这是因为当平台运动时,声波在传播过程中会受到平台的运动影响,导致声音的频率发生变化。
我们进一步改变平台的运动状态,使其以加速度运动。
在这种情况下,我们观察到声音的频率变化更加显著。
当平台加速朝向接收器运动时,声音的频率变得更高;当平台加速背离接收器运动时,声音的频率变得更低。
这是因为平台的加速度会导致声波在传播过程中的频率变化更加明显。
通过这个实验,我们可以得出结论:多普勒效应是由波源和接收者之间的相对运动引起的。
当波源和接收者相对运动时,波的频率和波长会发生变化。
这个效应在实际应用中具有重要意义。
在天文学中,多普勒效应被广泛用于测量星体的运动速度和距离。
通过观察星体的光谱,我们可以根据多普勒效应来判断星体是否向我们运动或远离我们,从而推断出其速度和距离。
在声学中,多普勒效应被用于测量声音的速度和方向。
例如,警笛声在接近时会变高,而在远离时会变低,这是因为警车在行驶过程中发出的声音波受到了多普勒效应的影响。
实验十一多普勒效应的验证
多普勒效应是指声波或光波在相对运动的对象之间传播时所产生的频率变化现象。
在
日常生活中,我们很容易就能观察到这种现象。
比如,当一辆汽车以高速行驶时,发出的
喇叭声会和平静时所发出的声音不同,这种现象就是多普勒效应。
多普勒效应不仅是声波,也适用于光波。
因此,在物理学中,多普勒效应也被称为多
普勒位移。
为了验证多普勒效应,我们可以通过实验来观测光波的多普勒位移。
实验步骤如下:
1.准备实验材料:一个圆盘和激光器。
2.在圆盘上,固定一些不同颜色的纸片。
3.将圆盘固定在一种运动平台上,以便于可以以不同的速度旋转圆盘。
4.将激光器置于圆盘旁边,并使其发出一束线性光。
5.打开运动平台,使圆盘开始旋转。
同时,向圆盘靠近的一侧观测激光器发出的光线
是否有颜色变化。
6.将圆盘旋转到一定速度后,会发现光线的颜色变化,这就是多普勒位移的现象。
7.重复实验,以不同的圆盘转速和颜色来观察多普勒效应的变化。
多普勒效应的验证实验可以通过观察光线颜色的变化来完成。
当光源靠近观察者时,
较短的波长会向观察者移动,而较长的波长则会向光源移动。
反之,当光源远离观察者时,相反的情况会发生。
因此,当圆盘旋转时,颜色的变化是由多普勒效应而引起的。
总之,通过观察多普勒效应的变化,我们可以了解到物体的运动速度。
这种效应也常
常应用于测量、控制和导航等方面。
实验中,我们通过观测光线颜色的变化验证了多普勒
效应的存在,这有助于我们更深入地了解多普勒效应的理论和应用。
多普勒效应综合实验报告结论1. 引言嘿,大家好,今天咱们聊聊多普勒效应,简单来说,就是声音和光在移动的时候的“魔法”。
想象一下,当救护车呼啸而过时,声音是高高低低,像是在跟你打招呼。
今天的实验,咱们就是要深度探讨这个现象,让大家听得懂、看得懂,甚至还要乐得起来!2. 实验内容2.1 实验目的首先,我们得明确实验的目的。
咱们想要探究的就是多普勒效应如何影响声音的频率。
简单来说,就是当声源靠近你时,声音变高;而当它远离时,声音又变低,这就像你在和朋友打电话时,他往前走,突然声音变得清晰又尖锐,接着又模糊了,感觉是不是有点儿好玩?2.2 实验步骤在实验中,我们首先准备了一个音响系统和一个可以移动的发声器。
然后让发声器在固定轨道上来回移动,同时我们用手机录下声音的变化。
过程中的每一个音符,都是在告诉我们多普勒效应的“秘密”。
当发声器往我们这边冲来时,声音就像过山车一样,急速上升;而它一转身,声音就“啪”地掉下来了,仿佛是被什么东西打了一下。
3. 结果分析3.1 数据观察通过录音,我们发现,确实如我们所料,声音的频率随着距离的变化而变化。
数据记录下来后,我们分析发现,这个变化幅度还真是让人惊讶,大家几乎都笑出声来,感叹声波的“脾气”真是变化多端。
这就好比一首歌曲的节奏,有时快、有时慢,让人忍不住想跟着哼哼。
3.2 实验结论最终,咱们得出的结论是,声源运动的方向和速度直接影响声音的频率变化,真是再明显不过的事儿了!就像打篮球,球员们的移动决定了篮球飞向的方向和速度一样,声波也在告诉我们,它的旅行同样有着独特的节奏。
换句话说,多普勒效应就像一场无声的音乐会,让我们听见了声波的舞蹈。
4. 总结所以,朋友们,通过这个实验,我们不仅了解了多普勒效应的基本原理,还体会到了科学的乐趣。
每一个音符都在呼唤我们去探索更深层次的奥秘,仿佛在说:“嘿,快来跟我一起跳舞吧!”未来,我们还会继续探索更多这样的“魔法”,让科学的世界变得更加丰富多彩。
多普勒效应的实验报告
《多普勒效应的实验报告》
在这个实验中,我们将探讨多普勒效应对于声音和光的影响。
多普勒效应是指当波源和接收器相对运动时,波的频率和波长会发生变化的现象。
这一效应在日常生活中有着广泛的应用,比如用于测速仪和天文学中的星体运动等。
首先,我们进行了声音多普勒效应的实验。
我们设置了一个固定的声源和一个移动的接收器,然后通过改变接收器的位置和速度来观察声音的频率和波长的变化。
实验结果表明,当接收器向声源靠近时,声音的频率会增加,波长会缩短;而当接收器远离声源时,声音的频率会减小,波长会增加。
这一实验结果验证了多普勒效应在声音传播中的存在。
接着,我们进行了光的多普勒效应实验。
我们使用了激光作为光源,通过改变接收器的位置和速度来观察光的频率和波长的变化。
实验结果显示,当接收器向光源靠近时,光的频率会增加,波长会缩短;而当接收器远离光源时,光的频率会减小,波长会增加。
这一实验结果再次验证了多普勒效应在光传播中的存在。
通过这次实验,我们深入了解了多普勒效应对声音和光的影响。
这一现象的发现不仅在科学研究中有着重要的意义,也在工程技术和日常生活中有着广泛的应用。
希望通过我们的实验报告,更多的人能够了解和认识多普勒效应,探索其在各个领域中的潜在价值。
物理实验报告实验科目:近代物理实验实验名称:多普勒效应实验院系:数理信息学院班级:学号:姓名:时间:2011年11月9日地点:综合楼B0909多普勒效应实验一、概述:当波源和观察者(或接收器)之间发生相对运动,或者波源、观察者不动而传播介质运动时,或者波源、观察者、传播介质都在运动时, 观察者接收到的波的频率和发出的波的频率不相同的现象,称为多普勒效应。
多普勒效应在核物理,天文学、工程技术,交通管理,医疗诊断等方面有十分广泛的应用。
如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达,多普勒彩色超声诊断仪等。
二、实验原理:1.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:)cos(00x c t p p ωω-= (1-2)① 声源运动速度为s V ,介质和接收点不动 设声速为0c ,在时刻t ,声源移动的距离为)/(0c x t V s -因而声源实际的距离为)/(00c x t V x x s --=)1/()(0s s M t V x x --=∴ (1-2)其中0/c V M S s =为声源运动的马赫数,声源向接收点运动时s V (或)为正,反之为负,将式(1-2)代入式(1-1),得)}(1cos{00c x t M p p s--=ω可见接收器接收到的频率变为原来的sM -11, 即:ss M f f -=1 (1-3)② 声源、介质不动,接收器运动速度为V ,同理可得接收器接收到的频率:f c V f M f r r r )1()1(0+=+= (1-4)其中0c V M r r =为接收器运动的马赫数,接收点向着声源运动时r V (或r M )为正,反之为负。
③介质不动,声源运动速度为s V ,接收器运动速度为r V ,可得接收器接收到的频率:sr rs MM f ++=11 (1-5)④介质运动,设介质运动速度为,得m Vt V x x m -=0根据(1-1)式可得:x c t M p p m 00)1cos{(ωω-+= (1-6)其中0c V M m m =为介质运动的马赫数。
多普勒效应的实验注意事项多普勒效应是物理学中一种非常重要的现象,而且在我们日常生活中有着广泛的应用。
为了研究和验证多普勒效应,科学家们进行了大量的实验。
然而,在进行这一实验时,需要注意一些重要的事项。
首先,我们需要明确实验的目的。
多普勒效应实验的目的是研究物体相对于观察者的运动状态对声音频率的影响。
通过观察声音的频率变化,我们可以推断物体的运动速度和运动方向。
因此,在实验之前,我们要明确实验的目标,以便更好地进行下一步的研究。
其次,我们需要选择合适的实验设备和材料。
多普勒效应实验需要使用到声源和接收器,因此需要选择能够产生稳定声音的设备。
常见的设备有音箱、扬声器等。
此外,我们还需要选择合适的接收器,例如麦克风、话筒等。
同时,在进行实验时,我们还需要准备一些常见的材料,如绳子、木块等,以便模拟物体的运动。
接下来,我们需要进行实验操作。
实验操作中的关键点在于确定声源和接收器之间的距离,以及调整声音的频率和音量。
在实验中,我们可以通过改变声源和接收器之间的距离来模拟物体的运动。
当物体靠近接收器时,声音的频率会升高;而当物体远离接收器时,声音的频率会降低。
因此,我们可以根据声音的频率变化来判断物体的运动状态。
在调整声音频率和音量时,我们需要确保实验过程中的环境安静,以免其他声音对实验结果产生干扰。
此外,为了保证实验的准确性,我们还需要注意实验数据的记录和分析。
在实验过程中,我们应该详细记录声音的频率、音量以及物体运动的速度和方向等参数。
并且,在进行数据分析时,我们需要结合实验结果和理论知识,进行深入的探讨和推导。
只有这样,我们才能更好地理解多普勒效应的原理和应用。
最后,我们还需要注意实验的安全性。
在进行多普勒效应实验时,我们应遵循实验室的安全规定,正确使用实验设备和材料。
在实验中,我们不仅要注意自身的安全,还要保护周围的实验环境。
如果实验中出现任何安全问题,我们应该立即采取措施解决,并及时向实验指导老师或相关人员报告。
多普勒效应综合实验摘要:关键词: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,并与理论值比较。
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】1、超声的多普勒效应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+V1cosα1)/(u–V2cosα2)(1)式中f0为声源发射频率,u为声速,V1为接收器运动速率,α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角,V2为声源运动速率,α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。
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)当接收器向着声源运动时,V取正,反之取负。
如有帮助,欢迎下载。 1 实验报告 多普勒效应综合实验 物理科学与技术学院 13级弘毅班 2013301020142 吴雨桥 【实验目的】 1.利用超声接收器运动速度与接收频率的关系验证多普勒效应并求声速。 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,得出物体在运动过程中的速度变化情况,借此研究: (1) 简谐振动。可测量其振动周期等参数,并与理论值比较。 (2) 自由落体运动。可以由v-t关系直线的斜率求重力加速度。 (3) 匀加速直线运动。测量力、质量与加速度的关系,验证牛顿第二定律。 【实验原理】 1. 超声的多普勒效应。 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,如右图所示。则接收器接收到的频率f为
110
22
coscosuVffuV
(1)
其中u为声速,f0为声源发射频率。 若声源保持不动,运动物体上的接收器向声源方向以速度V运动,测接收器接收到的频率f为 如有帮助,欢迎下载。 2 01Vffu
(2)
当接收器向声源运动时,V取正;反之取负。 若保持f0不变,以光电门测量物体的运动速度,并由仪器对接收器接收到的频率自动计数,由(2)式知,作f-V图可以验证多普勒效应,并由实验点做直线,其斜率k=f0/u,由此可以计算声速u=f0/k。 也可以由(2)解出01fVuf ,若已知声速u及声源频率f0,通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数,由微处理器按照上式算出接收器运动速率,由显示屏显示v-t图像,并调阅相关数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,进而对物体运动状况及规律进行研究。 2. 研究简谐振动 当质量为m的物体受到大小与位移成正比,而方向指向平衡位置的力的作用时,若以物体的运动方向为x方向,则运动方程为22dx
mkxdt,该式描述的即为简谐振动。当初始条件为t=0时,
x=-A0,V=dx/dt=0,则运动方程的解为00cosxAt ,对时间求导,可得速度方程000sinVAt 其中0km 为振动系统的固有角频率。 在实验中,若忽略空气阻力由胡克定律,则k为弹簧劲度系数。 3. 研究自由落体 研究物体在自由落体过程中的速度。并由其变化求出加速度,即为重力加速度。 如有帮助,欢迎下载。 3 4. 研究匀变速直线运动验证牛顿第二定律 质量为M的接收器组件与质量m的砝码组件悬挂于滑轮两端,且m系统所受合外力为gMgmCgaM ,其中,C为摩擦系数,a为加速度,C(g-a)M为摩擦阻力。 运动系统的总质量为2JMmR ,其中J为滑轮转动惯量,R为滑轮绕线槽半径,J/R^2相当于将滑轮的转动等效于线性运动时的等效质量。 根据牛顿第二定律: 2JgMgmCgaMaMmR 实验时,改变砝码组件的质量m,即改变了系统合外力和质量,对不同组合测量其运动情况,采样结束后,会显示V-T图,记录对应数据,可以根据斜率求出加速度a。 由于211/gCMmaCMmJR,以a为纵轴,以211/CMmCMmJR 为横轴作图,若为线性关系,则验证了牛顿第二定律,且斜率为重力加速度。在该实验仪器中C=0.07,滑轮J/R^2=0.014kg. 【实验仪器】 ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪,超生发射器和接收器,红外发射器和接收器,导轨,小车,支架,光电门,电磁铁,弹簧,滑轮,砝码,电机控制器等。 【实验内容】 1. 验证多普勒效应。 如有帮助,欢迎下载。 4 (1) 组装实验仪器。记录f0。 (2) 在液晶显示屏上,选择“多普勒效应验证”,选择测量总次数为8次,选择”开始测试”,而不要选择“确认”。用钩码拉动小车。选择液晶显示屏上的“确认”,再按下电机控制器上的“启动”开始测试,仪器自动记录小车通过光电门时的平均运动速率及对应的平均接收频率。测试完成后根据实际情况选择“存入”还是“重测”。 (3) 改变小车速度,并重复(2)步骤。 (4) 完成测量后,仪器自动储存数据并显示f-V关系图及测量数据。
2. 研究简谐振动 (1) 组装实验仪器。测量弹簧原长x0及接收器质量M,将弹簧悬挂于电磁铁的挂钩孔中,将接收器尾部挂在弹簧上,并测量此时的弹簧长度x。 (2) 在液晶显示屏上,选择“变速运动测量实验”,修改测量点总数如有帮助,欢迎下载。 5 为150,修改采样步距为100ms。 (3) 将接收器从平衡位置向下拉约20cm,松手让接收器自由振动,待振动稳定后,选择“开始测试”。采样完成后,显示屏上出现v-t图。 (4) 在数据中寻找第一个绝对值最大的数据,记录其测量的次数N1MAX。再找出第十一次速度绝对值最大时候的测量次数N11MAX
并记录,此期间经历5个周期。
(5) 按“返回”,重复步骤(2)(3)(4)两次,得到另外两组数据。计算角频率及其误差。 3. 研究自由落体运动 (1) 组装实验仪器。将自由落体接收组件吸在电磁阀支架上,并在下方放置保护盒。调整超声发射器,使其与接收器在同一竖直面上。 (2) 在液晶显示屏上,选择“变速运动测量实验”,并选择测量点数量为20,采样步距为10ms。当仪器频率锁定可以实验时,按下“确认”选项,电磁铁断电,接收器自由下落,测量完成后,显示屏上显示v-t图,调取数据并记录。 (3) 重复上述操作,得到三组数据。 4. 研究匀变速直线运动验证牛顿第二定律。 (1) 组装仪器及质量测定。用电磁铁吸住接收器组件,将绳子一端系在接收器上,另一端穿过滑轮,系在砝码盘上。测量砝码盘的质量和各个砝码的质量,。 如有帮助,欢迎下载。 6 (2) 液晶显示屏上选择“变速运动测量实验”,选择合适的测量点总数和步距。每次取不同质量的砝码放在砝码盘上,记录砝码及砝码盘的质量。开始测试后,按下“确认”,电磁铁断电,接收器向下运动。测量结束后出现结果。 (3) 改变砝码组合方式,重复上述操作。 【数据处理】 1. 验证多普勒效应 11℃,040002fHz 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 f/Hz 40048 40055 40059 40061 40070 40079 40086 40101 v/m/s 0.39 0.45 0.48 0.50 0.58 0.66 0.72 0.84
用matlab做拟合得到f=116.4v+4*104 符合线性规律,且斜率116.4/km 由于01Vffu 则声速计算值为040002/343.66/116.4fumsmsk
0.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.854.0044.0054.0064.0074.0084.0094.014.011x 104f-v关系图
f/Hzv/m/s如有帮助,欢迎下载。
7 0113311/3311/337.60/273273tumsmsms
相对误差率=00343.66337.601.795337.60uuu% 2. 研究简谐振动 测量点总数为150,采样步距为100ms。 接收器质量M=108.602g,g=9.794m/s^2 原长x0(cm) 加接收器后长度x(cm) 弹性系数k(N/m) ω0 =(k/M)^0.5(1/S) N1MAX N11MAX 周期T=0.02(N11MAX -N1MAX) (s) T (s) ω=2π/T (1/s) 百分误差(ω-ω0)/ω0
1 12.0 30.8 5.66 7.22 9 65 1.12 1.11 6.66 -7.76%
2 2 57 1.10 3 2 57 1.10 1111111000.02(s)5MAXMAX
MAXMAX
msNNTNN
0209.794/7.22/(30.812.0)10kgssMxx
3-20108.602109.794/m5.66N/m30.8-12.010MgkNxx
1231.121.101.101.1133TTTTss 如有帮助,欢迎下载。 8 百分误差率=006.667.22-7.767.22% 3. 研究自由落体运动 测量点数量为20,采样步距为10ms 采样序号 时间t/s 第一次 第二次 第三次 1 0 0.18 0.18 0.18 2 0.01 0.27 0.27 0.27 3 0.02 0.37 0.35 0.35 4 0.03 0.46 0.46 0.47 5 0.04 0.56 0.54 0.56 6 0.05 0.65 0.65 0.66 7 0.06 0.75 0.73 0.75 8 0.07 0.85 0.83 0.85 9 0.08 0.94 0.94 0.95 10 0.09 1.06 1.02 1.04 11 0.10 1.13 1.13 1.13 12 0.11 1.23 1.23 1.23 13 0.12 1.35 1.31 1.35 14 0.13 1.42 1.42 1.43 15 0.14 1.52 1.52 1.54 16 0.15 1.62 1.64 1.62 17 0.16 1.71 1.72 1.72