多普勒效应实验

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。