多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)130826

《多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)130826》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)【引言】當(dāng)波源和接收器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收器接收到的波的頻率與波源發(fā)出的頻率不同的現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在科學(xué)研究，工程技術(shù)，交通管理，醫(yī)療診斷等各方面都有十分廣泛的應(yīng)用。例如：原子，分子和離子由于熱運(yùn)動(dòng)使其發(fā)射和吸收的光譜線變寬，稱為多普勒增寬，在天體物理和受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)裝置中，光譜線的多普勒增寬已成為一種分析恒星大氣及等離子體物理狀態(tài)的重要測(cè)量和診斷手段?；诙嗥绽招?yīng)原理的雷達(dá)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈，衛(wèi)星，車輛等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的監(jiān)測(cè)。在醫(yī)學(xué)上利用超聲波的多普勒效應(yīng)來檢查人體內(nèi)臟

2、的活動(dòng)情況，血液的流速等。電磁波（光波）與聲波（超聲波）的多普勒效應(yīng)原理是一致的。本實(shí)驗(yàn)既可研究驗(yàn)證超聲波的多普勒效應(yīng)，并計(jì)算聲速，又可利用多普勒效應(yīng)將超聲探頭作為運(yùn)動(dòng)傳感器，研究物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、測(cè)量超聲接收器運(yùn)動(dòng)速度與接收頻率之間的關(guān)系，驗(yàn)證多普勒效應(yīng)，并由f-V關(guān)系直線的斜率求聲速。2、利用多普勒效應(yīng)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)過程中多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的速度，查看V-t關(guān)系曲線，或調(diào)閱有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，即可得出物體在運(yùn)動(dòng)過程中的速度變化情況，可研究：（1）自由落體運(yùn)動(dòng)，并由V-t關(guān)系直線的斜率求重力加速度。聲源接收器

3、f0V1uf圖1超聲的多普勒效應(yīng)示意圖V2超聲的多普勒效應(yīng)示意a2超聲的多普勒效應(yīng)示意a1超聲的多普勒效應(yīng)示意（2）簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期等參數(shù)，并與理論值比較。（3）勻加速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)量力、質(zhì)量與加速度之間的關(guān)系，驗(yàn)證牛頓第二定律。（4）其它變速直線運(yùn)動(dòng)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、超聲的多普勒效應(yīng)當(dāng)聲源與接收器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收器接收到的頻率f為：（1）式中f0為聲源發(fā)射頻率，u為聲速，V1為接收器運(yùn)動(dòng)速率，α1為聲源-接收器連線與接收器運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角，V2為聲源運(yùn)動(dòng)速率，α2為聲源-接收器連線與聲源

4、運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角（如圖1）。若聲源保持不動(dòng)，運(yùn)動(dòng)物體上的接收器沿聲源與接收器連線方向（=0）以速度V運(yùn)動(dòng)，則從（1）式可得接收器接收到的頻率應(yīng)為：（2）當(dāng)接收器向著聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，V取正，反之取負(fù)。若f0保持不變，用光電門測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)速度V，并由儀器對(duì)接收器接收到的頻率f自動(dòng)計(jì)數(shù)，根據(jù)（2）式，作f-V關(guān)系圖，若為直線，即可直觀驗(yàn)證多普勒效應(yīng)，且由實(shí)驗(yàn)測(cè)量點(diǎn)作直線，其斜率應(yīng)為k=f0/u，由此可計(jì)算出聲速u=f0/k。由（2）式可解出：（3）-8-若已知聲速u及聲源頻率f0，通過設(shè)置使儀器以某種時(shí)間間隔對(duì)接收

5、器接收到的頻率f采樣計(jì)數(shù)，由微處理器按（3）式計(jì)算出接收器運(yùn)動(dòng)速度，由顯示屏顯示V-t關(guān)系圖，或調(diào)閱有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，即可得出物體在運(yùn)動(dòng)過程中的速度變化情況，進(jìn)而對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀況及規(guī)律進(jìn)行研究。2、超聲的紅外調(diào)制與接收早期產(chǎn)品中，接收器接收的超聲信號(hào)由導(dǎo)線接入實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行處理。由于超聲接收器安裝在運(yùn)動(dòng)體上，導(dǎo)線的存在對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一定影響，導(dǎo)線的折斷也給使用帶來麻煩。新儀器對(duì)接收到的超聲信號(hào)采用了無(wú)線的紅外調(diào)制-發(fā)射-接收方式。即用超聲接收器信號(hào)對(duì)紅外波進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射，固定在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一端的紅外接收端接收紅外信號(hào)后，再將

6、超聲信號(hào)解調(diào)出來。由于紅外發(fā)射/接收的過程中信號(hào)的傳輸是光速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲速，它引起的多普勒效應(yīng)可忽略不計(jì)。采用此技術(shù)將實(shí)驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)線去掉，使得測(cè)量更準(zhǔn)確，操作更方便。信號(hào)的調(diào)制-發(fā)射-接收-解調(diào)，在信號(hào)的無(wú)線傳輸過程中是一種常用的技術(shù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀由實(shí)驗(yàn)儀，超聲發(fā)射/接收器，紅外發(fā)射/接收器，導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)小車，支架，光電門，電磁鐵，彈簧，滑輪，砝碼及電機(jī)控制器等組成。實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)置微處理器，帶有液晶顯示屏，圖2為實(shí)驗(yàn)儀的面板圖。實(shí)驗(yàn)儀采用菜單式操作，顯示屏顯示菜單及操作提示，由▲、▼、、鍵

7、選擇菜單或修改參數(shù)，按“確認(rèn)”鍵后儀器執(zhí)行。可在“查詢”頁(yè)面，查詢到在實(shí)驗(yàn)時(shí)已保存的實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。操作者只須按每個(gè)實(shí)驗(yàn)的提示即可完成操作。1、綜合實(shí)驗(yàn)儀面板上兩個(gè)指示燈狀態(tài)介紹：（1）失鎖警告指示燈：亮，表示頻率失鎖。即接收信號(hào)較弱（原因：超聲接收器電量不足），此時(shí)不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，須對(duì)超聲接收器充電，讓該指示燈滅；滅，表示頻率鎖定。即接收信號(hào)能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）充電指示燈：滅，表示正在快速充電；亮（綠色），表示正在涓流充電；亮（黃色），表示已經(jīng)充滿；亮（紅色），表示已經(jīng)充滿或充電針未接觸。2、電

8、機(jī)控制器功能介紹（1）電機(jī)控制器可手動(dòng)控制小車變換5種速度；（2）手動(dòng)控制小車“啟動(dòng)”，并自動(dòng)控制小車倒回；（3）5只LED燈即可指示當(dāng)前設(shè)定速度，又可根據(jù)指示燈狀態(tài)反映電機(jī)控制器與小車之間出現(xiàn)的故障。表1故障現(xiàn)象、原因及處理方法故障現(xiàn)象故障原因處理方法小車未能啟動(dòng)小車尾部磁鋼未處于電機(jī)控制器前端磁感應(yīng)范圍內(nèi)將小車移至電機(jī)控制器前端傳送帶未繃緊調(diào)節(jié)電機(jī)控制器的位置使傳送帶繃緊小車倒回后撞擊電機(jī)控制器