高中物理-多普勒效应练习
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( C )
A．多普勒效应是由波的干涉引起的
B．多普勒效应说明波源的频率发生变化
C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的
D．只有声波才可以产生多普勒效应
解析：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。多普勒效应是波动过程共有的特征，电磁波和光波也会发生多普勒效应。故选项C正确。
2．上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是( B )
A．旋转时蜂鸣器发声的频率变化了
B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率
C．蜂鸣器音调变高时，一定是向远离观察者的方向运动
D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的
解析：旋转时蜂鸣器发声的频率没有变化，故A错误；旋转过程中，声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变化了，故B正确，D错误，当其远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误。
3．轮船在进港途中的x－t图象如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个( A )
解析：匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变化，但速度大时频率大，由x－t 图象可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正确。
4．(·江苏高考)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( BC )
A．波速变大B．波速不变
C．频率变高D．频率不变
解析：渔船与鱼群相互靠近，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高。故选项B、C正确。
5．(北京大学附中河南分校高二下学期期中)关于多普勒效应，下列说法中正确的是( BD ) A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
B．当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应
C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高
D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低
解析：若波源和观察者都同时运动，两者间相对静止时，是不能观察到多普勒效应的，故A 错误；由定义可知，当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应，故B正确；若声源远离观察者，观察者会感到声音频率变低，故C错误；声源和观察者靠近时，音调会变高；若两者远离，则频率减小音调变低；故D正确。
二、非选择题
6．如图分别反映了飞机以三种速度在空中(不考虑空气的流动)水平飞行时，产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况，A表示飞机的位置。请你利用给出的图，确定飞机飞行速度最大的是__丙___(选填“甲”“乙”或“丙”)。
解析：题图甲中，飞机飞到A点时，声波已传播到前面了，即飞机慢于声音，题图乙中飞机与声音速度相同，题图丙中，飞机运动到A点时，声波还在后面，故飞机运动快于声音。
7．如图所示为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？
答案：19个
解析：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，就等于观察者接收到的频率。如果观察
者不动，则1 s内，观察者从A运动到B的过程中，所能接收到的完全波的个数正好比不运动时少1个、即他只接收到19个完全波。
实验名称：光电效应实验 专业班级：核工程实验日期： 2012 年 5 月 25 日 姓名：学号： 光电效应实验简介： 当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。 一．实验目的： 1．了解光电效应的基本规律。 2. 验证爱因斯坦光电方程。 3．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。 二．实验仪器： 包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。 三．实验步骤： 1．连接电路 根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好。 线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。若连线正确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。 2．调整仪器 通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。 （1）检流计的调零。 （2）临界电阻箱的调节。 （3）调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。
四．测量内容及数据处理： （1）分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。 5770埃正向伏安特性： 5770埃反向伏安特性： 5461埃正向伏安特性：
5461埃反向伏安特性： 4358埃正向伏安特性： 4358埃反向伏安特性：
第六节多普勒效应 一、重点难点剖析： 1、多普勒效应定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。 2、多普勒效应的特性： (1)发生多普勒效应的波源的频率并不发生改变。 (2)产生多普勒效应的原因是波源的接收者与波源之间发生了相对运动。 (3)当按收者与波源相互接近。观察者在单位时间内接收到的波的个数增加频率增大，反之频率减少。 多普勒效应是波特有的现象，不仅机械波，电磁波和光波也能发生多普勒效应。 4、多普勒效应的应用很广泛，如测量流体流速，测人造卫星的高度和运行速度，利用多普勒效应原理研制成功GPS全球卫星定位系统，20世纪前，科学家们发现许多星系谱线有“红移现象”(即整个光谱结构向光谱红色的一端偏移)，可用多普勒效应加以解释：星系远离地球运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率小(波长变大)的红端移动，科学家还从红移的大小算出这种远离运动的速度，这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。 二、典型例题解析： 例1：解释：站在铁道旁的观察者听到火车的鸣笛声的音调在变化。 解析：这是一种日常生活中能遇到的物理现象，这一现象叫多普勒效应。音调的高低是由振动体的振动频率决定的。当接收者在单位时间里接收到波的个数增加时，音调变高。反之则音调变低。 解答：当火车向着观察者高速驶来，观察者在单位时间里接收到汽笛波的个数增加，所以音调变高，当火车远离观察者时，观察者在单位时间里按收到汽笛波的个数减少，所以音调变低。 解后反思：这是多普勒效应的典型例子，在日常生活火车、飞机、飞行的炮弹等高速运动的物体都能发生明显的多普勒效应。如果物体运动速度较小，多普勒效应就不会明显，例如靠站的公共汽车的鸣笛声。 例2：某人造地球卫星发射波的频率为108Hz，地面观测所接收到的频率减小了2400Hz.,试问人造地球卫星在远离地球还是在接近 地球？ 解析：根据多普勒效应，当波源靠近接收者时，在单位时间接收到的波的个数增加，反之减少，由此判断这颗人造地球卫星在远离地球？
大学物理（上）期中试卷(B) 专业 编号 姓名 一、 填空 1、 两个惯性系中的观察者O 和O’以0.6c （c 表示真空中光速）的相对速度互相接近。 如果O 测得两者的初始距离是20cm ，则O’测得两者经过时间△t =______________s 后相遇。 2、 在_____________速度下粒子的相对论动量是非相对论动量的二倍，在 ______________速度下粒子的动能等于其静止能量。 3、 在光滑的水平面上，一根长L=2m 的绳子，一端固定 于O 点，另一端系一质量m=0.5kg 的物体。开始时，物体位于位置A ，OA 间距离d=0.5m ，绳子处于松弛状态。现在使物体以初速度V A = 4m ·s -1垂直于OA 向右滑动，如图所示。设以后的运动中物体到位置B ，此时物体速度的方向与绳垂直。则物体速度的大小V B =__________________。 4、 一质点的运动速度v 时间 t 的函数 )/(34)(s m j t i t v +=，此质点在t=1秒时的切身向加速 度a t =_____________，法向加速度a n =_______________。 5、 一维保守力的势能曲线如图所示，有一粒子自右向左运 动，通过此保守力场区域时，在________________区间粒子所受的力F x >0；在_____________区间粒子所受的力F x <0；在x=______________时粒子所受的力F x =0。 6、 某物体的运动规律为 2dv Kv t dt =-（K 为正恒量） ，当t = 0时，初速度为v 0，则速度的大小v 与时间t 的函数关系为 。 7、 已知质点在保守场中的势能p E Kr C =+，其中r 为质点与坐标原点间的距离，K ，C 均为大于零的常数，作用在质点上的力的大小 F ，该力的方向 。 8、 如图所示，倔强系数为K 的弹簧，一端在墙壁上，另一端连一质量为m 的物体，物 体静止在坐标原点O ，此时弹簧长度为原长，物体与桌面间的摩擦系数为，若物 体在不变的外力F 的作用下向右移动，则物体到达最远位置时系统的弹性势能 P E = 。 9、 升降机内有一装置如图所示，滑轮两侧悬挂的物体质量分 别为12m kg =， 21m kg =，若不计绳与滑轮的质量， 忽 m o a
12.5 新提升·课时作业 基础达标 1．(多选)下列哪些现象是多普勒效应引起的( ) A．远去的汽车声音越来越小 B．炮弹迎面飞来，声音刺耳 C．火车离你而去，音调变低 D．大风中，远处人的说话声时强时弱 【解析】听到的音调变化才是多普勒效应，BC正确． 【答案】BC 2．医院有一种先进的检测技术——彩超，向病人体内发射频率已精确掌握的超声波．超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速．这一技术主要体现了哪一种物理现象( ) A．多普勒效应 B．波的衍射 C．波的干涉 D．共振 【解析】彩超是利用超声波的多普勒效应而制成的仪器． 【答案】 A 3．一列正在鸣笛的火车，高速通过某火车站站台的过程中，该火车站站台中部的工作人员听到笛声的频率( ) A．变大 B．变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 【解析】火车高速通过站台的过程中，就是先靠近站台，再远离站台．所以工作人员听到笛声的频率先变大后变小，因此本题的正确答案选C. 【答案】 C 4．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效．这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms 的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( ) A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39 000 Hz B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率 C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率 D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz 【解析】由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到墙反射的频率也大于墙接收的频率． 【答案】 C 5．下面描述没有利用多普勒效应的是( ) A．利用在地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速率 B．交通警察向行驶中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理 C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声可判断飞行的炮弹是接近还是远去 【解析】凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对地球运动的速率；被反射的超声波，相当于一个运动的物体发出的超声波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动做出判断的；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故只有选项C不是利用多普勒效应．【答案】 C 6．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u 多普勒效应实验报告 学院化学与生物工程学院班级化学1701 学号姓名 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1、了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。 2、利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械 能转化的规律。 实验仪器 ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1、声波的多普勒效应 当声源相对介质静止不动时，声波的频率f0，波长λ0以及波速U0表示为 f0=U0/λ0 则观测频率f、观测波长λ和观测波速U的关系 f=U/λ 当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0，则 f=（U0+V0）/λ０ 联立，得f=（U0+V0）/λ０=（f0λ0）/λ0=（1+V/U0）f0 当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0，则 f’=U’/λ’=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f 当声源与接收器运动如图时 f=（U0+V1COSθ１）/( U0-V2 COSθ２) 2、马赫锥 ａ＝arcsin（U０／V０）＝arcsin（１／M） U０为波速，V为飞行器速率，ａ为马赫角，M为Ｖ／Ｕ０马赫数 3、天文学中的多普勒效应 观察两波面的时间 ｔ＝（λｃ／（C+Vｃ））／（１／（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２） ＝（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２／（（１＋Ｖｃ／Ｃｃ）ｆｃ） 三、实验步骤 （要求与提示：限400字以内） １、超声波的多普勒效应 （１）、组装仪器 （２）、打开实验控制箱，调至室温，记录共振频率ｆ０ （３）、选择多普勒效应验证实验 （４）、修改测试总数 （５）、为仪器充电，确定失锁指示灯处于灯灭状态 （６）、选定滑车速率，开始测试 （７）、选择存入或者重测 （８）、重新选择速度，重复（６）、（７） （９）、记录实验数据 ２、用多普勒效应研究恒力下物体的运动规律 （１）、测量钩码质量和滑车质量 （２）、连接仪器 （３）、选中变速运动测量 （４）、修改测量总次数 （５）、选中开始测试，立即松开钩码 （６）、记录测量数据 （７）、改变砝码质量，重复（１）到（６） 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 表4.12-1 多普勒效应的验证与声速的测量 t c = 24 ℃f0 = 40001 Hz 次数i 1 2 3 4 5 v/(m/s) 0.41 0.59 0.75 0.87 0.98 Fi/Hz 40049 40070 40089 40103 40116 练习二十一光电效应康普顿效应 一、选择题 1. 已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV，而钠的红限波长是540nm，那么入射光的波长是 (A) 535nm。 (B) 500nm。 (C) 435nm。 (D) 355nm。 2. 光子能量为0.5MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射。若反冲电子的动能为0.1MeV，则散射光波长的改变量?λ与入射光波长λ0之比值为 (A) 0.20。 (B) 0.25。 (C) 0.30。 (D) 0.35。 3. 用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E k，若改用频率为2ν的单色光照射此种金属，则逸出光电子的最大动能为 (A)hν+E k。 (B) 2hν?E k。 (C)hν?E k。 (D)2E k。 4. 下面这此材料的逸出功为：铍，3.9eV；钯， 5.0eV；铯，1.9eV；钨，4.5eV。要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014Hz－7.5×1014Hz)下工作的光电管，在这此材料中应选： (A)钨。 (B)钯。 (C)铯。 (D)铍。 5. 光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。对此过程，在以下几种理解中，正确的是： (A) 光电效应是电子吸收光子的过程，而康普顿效应则是光子和电子的弹性碰撞过程。 (B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。 (C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程。 (D) 两种效应都是电子与光子的碰撞，都服从动量守恒定律和能量守恒定律。 6. 一般认为光子有以下性质 (1) 不论在真空中或介质中的光速都是c； (2) 它的静止质量为零； (3) 它的动量为hν/c2； (4) 它的动能就是它的总能量； (5) 它有动量和能量，但没有质量。 以上结论正确的是 (A)(2)(4)。 (B)(3)(4)(5)。 (C)(2)(4)(5)。 (D)(1)(2)(3)。 7. 某种金属在光的照射下产生光电效应，要想使饱和光电流增大以及增大光电子的初动能，应分别增大照射光的 实验题目:光电效应测普朗克常量 实验目的: 了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理: 当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分 则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电 效应，逸出的电子称为光电子。 光电效应实验原理如图1所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后， 光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。 当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv 2 2 1 (1） 每一光子的能量为hv ，光电子吸收了光子的能量hν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知:A mv hv 2 2 1 （2） 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v 时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v 0，ν0称为红限。 由式（1）和（2）可得：A U e hv 0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分 别做光源时，就有:A U e hv 11,A U e hv 22,…………,A U e hv n n , 高中物理-多普勒效应练习 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题) 1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( C ) A．多普勒效应是由波的干涉引起的 B．多普勒效应说明波源的频率发生变化 C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的 D．只有声波才可以产生多普勒效应 解析：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。多普勒效应是波动过程共有的特征，电磁波和光波也会发生多普勒效应。故选项C正确。 2．上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是( B ) A．旋转时蜂鸣器发声的频率变化了 B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率 C．蜂鸣器音调变高时，一定是向远离观察者的方向运动 D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的 解析：旋转时蜂鸣器发声的频率没有变化，故A错误；旋转过程中，声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变化了，故B正确，D错误，当其远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误。 3．轮船在进港途中的x－t图象如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个( A ) 解析：匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变化，但速度大时频率大，由x－t 图象可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正确。 4．(·江苏高考)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( BC ) A．波速变大B．波速不变 C．频率变高D．频率不变 解析：渔船与鱼群相互靠近，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高。故选项B、C正确。 5．(北京大学附中河南分校高二下学期期中)关于多普勒效应，下列说法中正确的是( BD ) A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应 B．当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应 C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高 D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低 解析：若波源和观察者都同时运动，两者间相对静止时，是不能观察到多普勒效应的，故A 错误；由定义可知，当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应，故B正确；若声源远离观察者，观察者会感到声音频率变低，故C错误；声源和观察者靠近时，音调会变高；若两者远离，则频率减小音调变低；故D正确。 二、非选择题 6．如图分别反映了飞机以三种速度在空中(不考虑空气的流动)水平飞行时，产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况，A表示飞机的位置。请你利用给出的图，确定飞机飞行速度最大的是__丙___(选填“甲”“乙”或“丙”)。 解析：题图甲中，飞机飞到A点时，声波已传播到前面了，即飞机慢于声音，题图乙中飞机与声音速度相同，题图丙中，飞机运动到A点时，声波还在后面，故飞机运动快于声音。 7．如图所示为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？ 答案：19个 解析：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，就等于观察者接收到的频率。如果观察 浙江大学2004-2005学年冬季学期 《Physics （Ⅱ）》课程期末考试试卷 开课学院：理学院 考试形式：闭卷，允许带非存储计算器、纸质词典入场 考试时间:2005年 1月21日 所需时间120分钟 姓名_______专业 学号 组号 任课教师 Permittivity constant ε0=8.85?10-12C 2/(N ?m 2) Electronic volt 1eV=1.6? 10-19J Permeability constant μ0=4π?10-7H/m Mass of an electron m e =9.11? 10-31kg Ⅰ. Multiple choices (there is one correct answer only): 1. The electric charge on a conductor is A. Uniformly distributed throughout the volume. B. Confined to the surface and is uniformly distributed. C. Mostly on the outer surface, but is not uniformly distributed. D. Entirely on the surface and is distributed according to the shape of the object. E. Distributed throughout the volume of the object and distributed according to the object ’s shape. 2.* You are given a closed circuit with radii a and b , as shown in the Fig. , carrying current i . The magnetic dipole moment of the circuit is: A. 4 )(22b a i +π. B. )(22b a i +π C. 2 )(22b a i +π. D. )(b a i +π. . 大连理工大学 大学物理实验报告 院（系）材料学院专业材料物理班级0705 姓名童凌炜学号200767025 实验台号 实验时间2009 年04 月24 日，第九周，星期五第5-6 节 实验名称光电效应测量普朗克常量和金属逸出功 教师评语 实验目的与要求： 1.通过测量不同频率光照下光电效应的截止电压来计算普朗克常量 2.获得阴极材料的红限频率和逸出功 主要仪器设备： 1.光电效应实验仪（GGQ-50 高压汞灯，GDh-I型光电管电流测量仪） 2.滤光片组（通光中心波长分别为365.0nm, 404.7nm, 435.8nm, 546.1nm, 577.0nm） 3.圆孔光阑Φ=5mm, Φ’=10mm 4.微电流仪 实验原理和内容： 1.理想光电效应 光电效应实验装置如右上图所示，阴极K收到频率为v的单 色光照射时，将有光电子由K逸出到达阳极A，形成回路 电流I，可以由检流计G所检测到。通过V来监控KA两 端的电压变化，结合G所得到的电流值，可以得到U与光电 流I之间的关系，如右下图所示。 根据爱因斯坦的解释，单色光光子的能量为E=hv，金属中的电 子吸收了光子而获得了能量，其中除去与晶格的相互作用和克 服金属表面的束缚（金属的逸出功A ）外， 剩余的便是逸出光电子的动能， 显然仅仅损失了逸出功的光电子具有最大动能： A hv mv M -=2 2 1。 实验中所加的光电管电压U 起到协助光电流I 形成的作用， 当不加电压U 时， 到达阳极的光电子很少， 光电流十分微弱； 当加上正向电压时， 便有更多的光电子到达阳极， 使得I 增大， 而所有的光电子都被吸引到阳极形成电流时， I 到达最大值， 此时再增大U 也不会改变I ， 成为饱 和光电流I M ， 饱和光电流在光频率一定时， 与光照强度成正比。 如果在光电管两极加反向电压便可以组织光电子到达阳极形成光电流， 当反向电压增大到光电流等于零时， 可知光电子的动能在电场的反向作用下消耗殆尽， 有以下关系式：a M eU mv =2 2 1 ， 其中U a 成为截止电压。 结合以上最大动能的表达式可知， e A v e h U a -=， 如左图做出其对应的图像， 可知直线的斜率为 e h k =， 截距为e A U =0。 图中斜线与x 轴的交点对应的频率v0 称为阴极材料的红限频率， 照射光小于这个频率时， 无法产生光电效应（入射光光子能量小于电子的逸出功）。 显然， 通过测量多组v 和Ua ， 便可以通过计算函数表达式而得到A 、h 、v0。 2. 实验中相关影响因素的修正 1， 暗电流修正 暗电流指没有光照时， 由于金属表面的隧道效应、 光电管漏电、 热噪声等原因造成的由K 向A 逸出电子形成的电流。 由于暗电流对截止电压的影响不大， 实验中可以使用无光照测量电流的方法测出暗电流值， 在后期处理中将其剔除。 2， 阳极电流修正 由于KA 两级距离很近， 光照时阳极的材料同样可以发生一定程度的光电效应而发射光电子， 当光电管加的是反向电压时， 就会使阳极光电子到达阴极形成阳极电流。 在U-I 曲线上阳极电流的影响就是使在负向电压区的阴极电流出现负值下沉， 由于阳极光电子数目有限且相比阴 极较少， 故阳极电流很快达到饱和， 可见实验中截止电压对应的实际情况是总体电流趋于反向稳定时的电压值。 本科实验报告 课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师： 物理光学实验郭天翱 光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录实验类型：_________ 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 2．掌握一种测量单缝宽度的方法。 3．了解光强分布自动记录的方法。 二、实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： i?i0( 装 式中 sin? ? ) 2 （1） 订 ?? 线 ??sin?? （2） ?为单缝宽度，?为入射光波长，?为考察点相应的衍射角。i0为衍射场中心点（??0处）的光强。如图一所示。 由（1）式可见，随着?的增大，i有一系列极大值和极小值。极小值条件 asin??n?(n?1,n?2) （3） 是： 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： n? sin?2 )2 i?i0()( ? 2 （4） sin 式中 ?? sin??2???dsin? ? ?? （5） ?为单缝宽度，d为相邻单缝间的间距，n为被照明的单缝数，?为考察点相应的衍射角；i0为衍射中心点（??0处）的光强。 n? )2 (sin?2() 2称?为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花 sin （干涉）极大的条件是dsin??m?(m?0,?1,?2......)。 dsin??(m? m )?(m?0,?1,?2......;m?1,2,.......,n?1)n 样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当d/??m/n为整数时，相应的m 级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有n-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有n-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。（3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将ccd的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入ccd。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与ccd的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、jpg两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布（1）选定一条单狭缝作为衍射元件（2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。 质点力学例题 1．一质点沿x 轴方向运动，其加速度随时间的变化关系为 a = 3 + 2t (SI)，如果初始时质点的速度为5 m/s ，则当 t = 3 s 时，质点的速度v = __________ m/s 。 )m/s (23)3(5d )23(53 023 =++=++=?t t t t v 2．质量为0.25 kg 的质点，受力F = t i （SI ）的作用，式中t 为时间，t = 0 s 时该质点以v 0 = 2j m/s 的速度通过坐标原点，则该质点任意时刻的位置矢量是__________。 i F a t m 4== j i 222+=t v j i r t t 23 2 3+= 3．已知一质点的运动方程为 r = 2 t i +（2 - t 2）j （SI ），则t = 2 s 时质点的位置矢量为__________，2秒末的速度为__________。 j i r 24-= j i 42-=v 4．一个具有单位质量的质点在力场 F = ( t 2 - 4t ) i + ( 12t - 6 ) j （SI ）中运动，设该质点在t = 0时位于原点，且速度为零。则t 时刻该质点的位置矢量r = ____________。 j i r )32()3 2121( 233 4t t t t -+-= 5．一质点从静止出发沿半径 R = 1 ( m )的圆周运动，其角加速度随时间t 的变化规律是 α = 12t 2 - 6t (SI)。则质点的角速度ω =_________，法向加速度a n =_________，切向加速度a τ =_________。 230 2 34d )612(t t t t t t -=-= ?ω t t R a 6122-==ατ 2232)34(t t R a n -==ω 6．一质点在水平面内以顺时针方向沿半径为2 m 的圆形轨道运动，质点的角速度与时间的关系为ω = kt 2（其中k 为常数），已知质点在第二秒末的线速度为32 m/s ，则在t = 0.5 s 时，该质点的切向加速度a τ = _______；法向加速度a n = _______。 2rkt r ==ωv 22232?=k 4=k 24t =ω t 8=α )m/s (85.0822=??==ατr a )m/s (25.0422422=??==ωr a n 7．已知质点的运动方程为 r = R sin ωt i +R cos ωt j ，则其速度v = __________，切向加速度a τ = __________，法向加速度a n = __________。 j i t R t R ωωωωsin cos -=v R ω=v 0d d ==t a v τ R R a n 22 ω==v 大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 学号 实验台号 实验时间 年 月 30 日，第六周，星期 一 第 5-6 节 实验名称 多普勒效应及声速的测试与应用 教师评语 实验目的与要求： 1. 加深对多普勒效应的了解 2. 测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度 主要仪器设备： DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪，示波器 其中， DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪由实验仪、智能运动控制系统和测试架三个部份组成。 实验原理和内容： 1、 声波的多普勒效应 实际的声波传播多处于三维的状态下， 先只考虑其中的一维（x 方向）以简化其处理过程。 设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点在x 0，运动和传播都在x 轴向上， 则可以得到声源和接收点没有相对运动时的振动位移表达式： ???? ? ?-=000cos x c t p p ωω ， 其中00x c ω-为距离差引起的相位角的滞后项， 0c 为声速。 然后分多种情况考虑多普勒效应的发生： 1.1 声源运动速度为S V ，介质和接收点不动 假设声源在移动时只发出一个脉冲波， 在t 时刻接收器收到该脉冲波， 则可以算出从零时刻到声源发出该脉冲波时， 声源移动的距离为)(0c x t V S -， 而该时刻声源和接收器的实际距离为 )(00c x t V x x S --=, 若令S M =S V /0c （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（以下各个马赫数的处理方法相同， 均以相互靠近的运动时记为正）。 则距离表达式变为)1/()(0S S M t V x x --=， 代回到波函数的普适表达式中， 得到变化的表达式： ????? ????? ? ?--=0001cos c x t M p p S ω 可见接收器接收到的频率变为原来的 S M 11 -, 即: 1.2 根据同样的计算法， 通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始位移量， 便可以得到声源、介质不动，接收器运动速度为r V 时， 接收器接收到的频率为 1.3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为 1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度（真实声速并没有发生变化）， 导致计算收发声时的实时位移量变为t V x x m -=0， 通过同样的计算法， 可以得到此状态下接收器收到的频率为（以介质向接收器运动时， 马赫数记为正） 另外， 当声源和介质以相同的速度和方向运动时， 接收器收到的频率不变（从定性的分析即可得到这一点结论）。 本实验重点研究第二种情况， 即声源和介质不动， 接收器运动。 设接收器运动速度为r V ，根据1.2 式可知，改变r V 就可得到不同的r f ，从而验证了多普勒效应。另外，若已知r V 、f ，并测出r f ， 课时提升作业(二十一) (40分钟 100分) 一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分) 1.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以v表示声源的速度, v′表示声波的速度(v 时刻这两列波的图像,则下列说法中正确的是( ) A.声波1的速度比声波2的速度大 B.相对于同一障碍物,声波1比声波2更容易发生衍射现象 C.这两列波传播的方向上,不会产生稳定的干涉现象 D.这两列波传播方向上运动的观察者,听到这两列波的频率可以相同 5.如图所示,O是水面上一波源。实、虚线分别表示该时 刻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔。不考虑波的反射因 素,则再经过一段时间后,水面上的波形将分布于( ) A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域 C.阴影Ⅱ以外区域 D.上述答案均不对 6.如图所示,在一条直线上两个振源A、B相距6m,振动频率相等。t0=0时刻A、B开始振动,且都只振动一个周期,振幅相等,A的振动图像为甲,B的振动图像为乙。若A向右传播的波与B向左传播的波在t1=0.3s时相遇,则( ) A.t2=0.7s时刻B点经过平衡位置且振动方向向下 B.两列波在A、B间的传播速度大小均为20m/s C.两列波的波长都是4m D.在两列波相遇过程中,中点C为振动加强点 7.如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的振 源,在AB连线的中垂线上有a、b、c三个点,已知某时 多普勒效应 本节教材分析： 多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.这比波动现象又复杂了一些.本节以声波为例介绍多普勒效应，原因是声波比较常见，易于为学生接受. 本节教学中应注意： 1.只要求对多普勒效应做定性的分析说明.使学生对多普勒效应有初步的了解，教学中注意不要引申. 2.教学时为理解多普勒效应，必须使学生知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别.教学中可多举一些例子，结合学生的实际进行讲解. 3.多普勒效应在现代生产和生活中有广泛的应用，除了课本中提到的，还可根据实际情况补充介绍一些应用实例，以开阔眼界和引起兴趣. 教学目标： 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2.知道什么是多普勒效应，知道它是在波源和观察者之间有相对运动时产生的现象. 3.了解多普勒效应的一些应用. 教学重点： 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2.知道什么是多普勒效应，知道它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象. 3.了解多普勒效应的一些应用. 教学难点：波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 教学方法：讲练法、阅读法、分析法. 教学用具：课件 教学过程 一、引入 ［视频］汽车、飞机经过时的声音. 注意提醒学生听声音的区别. ［学生叙述听到的声音情况］ ［教师］同是汽笛发声，为什么会产生两种不同的现象呢？本节课我们就来研究这种现象. ［板书］多普勒效应 二、新课教学 （一）多普勒效应的实例 当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应。 这一效应是奥地利物理学家多普勒在1842年首先发现的，所以称为多普勒效应。 多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象. (二)多普勒效应的解释 1. 波源的频率与观察者接收到的频率 ⑴波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。这时因为声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数。 ⑵观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数。 2．多普勒效应的产生 ⑴当波源和观察者相对于介质都不动时，观察者接收到波的频率等于波源的频率。 高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作） 基础夯实 1．(2010·成都市高二调研)下列关于波的说法中，正确的是() A．次声波比超声波更容易发生明显的衍射现象 B．海啸发生后尚未到达海岸边，沿海渔民没有反应，但狗显得烦噪不安，这是因为次声波传播速度比超声波大 C．当声源相对于观察者匀速远离时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低 D．发生多普勒效应的原因是因为声源的频率发生了变化 答案：A 2．关于次声波和超声波，以下说法中正确的是() A．频率低于20 Hz的声波为次声波，频率高于20 000 Hz的声波为超声波 B ．次声波的波长比可闻波短，超声波的波长比可闻波长 C ．次声波的波速比可闻波小，超声波的波速比可闻波大 D ．在同一种均匀介质中，在相同的温度条件下，次声波、可闻 波、超声波的波速均相等 答案：AD 解析：由超声波和次声波的概念知A 项正确，由λ＝v f 可判断v 相同时，f 越大，λ越小，因此B 项错误。在同一均匀介质中，v 是相同的，C 错，D 正确。 3．(2012·安丘模拟)蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲 导航非常有效，这种超声脉冲是持续1ms 或不到1ms 的短促发射，且每秒重复发射几次。假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39000Hz ，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( ) A ．墙壁接收到超声脉冲频率等于39000Hz B ．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的 频率 C ．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的 频率 D ．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39000Hz 答案：C 解析：蝙蝠(波源)相对墙壁(观察者)的距离接近，所以墙壁接收 到的超声波频率增大，A 错误；超声波被反射后频率不变，但传播方向和蝙蝠的运动方向相反，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声波时，频率会更大，故C 正确，B 、D 错误。 §4-5 驻波 一、驻波方程 在同一介质中，在同一直线上，两列沿相反方向传播的频率相同、振动方向相同、振幅相同的简谐波叠加时, 就形成 驻波 。 驻波是一种特殊的干涉现象！ 为简单起见，设两列行波分别沿 x 轴正、反向传播，在x = 0处两波初相均为0 x + 方向： 12c o s A t x πξωλ??=- ??? x - 方向： 22c o s A t x πξωλ??=+ ?? ? 合成波： 1222cos cos A t x A t x ππξξξωωλλ? ?? ?=+=- ++ ? ???? ? 22c o s c o s A x t π ω ??= ? x 和t 被分割于两个余弦函数中） 绝对值为振幅 谐振动，相位中不含x 二、驻波的特点 1、()(),,x x t t x t ξξ+?+?≠ 其中 x u t ?=? 只有波形的变化，不向前传播 2、cos t ω： 各个质点作同频谐振动 3、2cos x πλ ?? ??? ：振幅按余弦规律变化，各处不等大 振幅最大： 222 x k π π λ = （0,1,2,k =±） 2 x k λ = 波腹 振幅最小： 2(21) 2 x k π π λ =+ （0,1,2,k =±） (2 1) 4 x k λ =+ 波节 相邻两波腹或两波节之间的距离为 2 λ 4、驻波中的“位相” 2cos x πλ?? ??? 为正， 位相为 t ω 2cos x πλ ?? ??? 为负， 位相为 t+ωπ 驻波是分段的振动。两相邻波节间为一段，同一段振动相位相同；相邻段振动相位相反。 5、驻波无能量传播 三、半波损失 波传播时，遇到界面会怎么样？界面处的振动？ 波会反射回来，反射波与入射波叠加！ 图中情况，B 是固定点 波节 入射波和反射波位相相反，位相差为 π 反射波的位相有 π 的突变，“损失π” 位相差为 2π 的两点，距离为一个波长 λ 反射波有半波损失！ 实验发现，在界面处有时形成波节，有时形成波腹。规律？ 取决于界面两边介质的相对波阻。 波阻u ρ= 波疏介质 → 波密介质：反射时有半波损失（界面形成波节） 波密介质 → 波疏介质：反射时无半波损失（界面形成波腹） 半波损失是一个很重要的概念，在研究声波、光波的反射问题时会经常涉及到！ B 大 波密介质 波疏介质大学物理实验多普勒效应
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