多普勒效應綜合實驗大學物理實驗思考題

1樓：街頭哭泣

實驗一驗證多普勒效應並由測量資料計算聲速

讓小車以不同速度通過光電門，儀器自動記錄小車通過光電門時的平均運動速度及與之對應的平均接收頻率。由儀器顯示的f－v關係圖可看出，若測量點成直線，符合（2）式描述的規律，即直觀驗證了多普勒效應。用作圖法或線性迴歸法計算f－v直線的斜率k，由k計算聲速u並與聲速的理論值比較，計算其百分誤差。

圖2 多普勒效應驗證實驗及測量小車水平運動安裝示意圖

一．儀器安裝

如圖2所示。所有需固定的附件均安裝在導軌上，並在兩側的安裝槽上固定。調節水平超聲感測發生器的高度，使其與超聲接收器（已固定在小車上）在同一個平面上，再調整紅外接收感測器高度和方向，使其與紅外發射器（已固定在小車上）在同一軸線上。

將元件電纜接入實驗儀的對應介面上。安裝完畢後，讓電磁鐵吸住小車，給小車上的感測器充電，第一次充電時間約6～8秒，充滿後(儀器面板充電燈變綠色)可以持續使用4～5分鐘。在充電時要注意，必須讓小車上的充電板和電磁鐵上的充電針接觸良好。

【注意事項】

① 安裝時要儘量保證紅外接收器、小車上的紅外發射器和超聲接收器、超聲發射器三者之間在同一軸線上，以保證訊號傳輸良好；

② 安裝時不可擠壓連線電纜，以免導線折斷；

③ 小車不使用時應立放，避免小車滾輪沾上汙物，影響實驗進行。

二．測量準備

1．實驗儀開機後，首先要求輸入室溫。因為計算物體運動速度時要代入聲速，而聲速是溫度的函式。利用 t u 將室溫t值調到實際值，按「確認」。

2．第二個介面要求對超聲發生器的驅動頻率進行調諧。在超聲應用中，需要將發生器與接收器的頻率匹配，並將驅動頻率調到諧振頻率f0，這樣接收器獲得的訊號幅度才最強，才能有效的發射與接收超聲波。一般f0在40khz左右。

調諧好後，面板上的鎖定燈將熄滅。

3．電流調至最大值後，按「確認」。本儀器所有操作，均要按「確認」鍵後，資料才被寫入儀器。

【注意事項】

①調諧及實驗進行時，須保證超聲發生器和接收器之間無任何阻擋物；

②為保證使用安全，三芯電源線須可靠接地。

三．測量步驟

1．在液晶顯示屏上，選中「多普勒效應驗證實驗」，並按「確認」；

2．利用 u 鍵修改測試總次數（選擇範圍5~10，一般選5次），按 ▼ ，選中「開始測試」；

3．準備好後，按「確認」，電磁鐵釋放，測試開始進行，儀器自動記錄小車通過光電門時的平均運動速度及與之對應的平均接收頻率；

改變小車的運動速度，可用以下兩種方式：

a．砝碼牽引：利用砝碼的不同組合實現；

b．用手推動：沿水平方向對小車施以變力，使其通過光電門。

為便於操作，一般由小到大改變小車的運動速度。

4．每一次測試完成，都有「存入」或「重測」的提示，可根據實際情況選擇，「確認」後回到測試狀態，並顯示測試總次數及已完成的測試次數；

5．改變砝碼質量（砝碼牽引方式），並退回小車讓磁鐵吸住，按「開始」，進行第二次測試；

6．完成設定的測量次數後，儀器自動儲存資料，並顯示f－v關係圖及測量資料。

【注意事項】

小車速度不可太快，以防小車脫軌跌落損壞。

四．資料記錄與處理

由f－v關係圖可看出，若測量點成直線，符合（2）式描述的規律，即直觀驗證了多普勒效應。用 u 鍵選中「資料」，q 鍵翻閱資料並記入表1中，用作圖法或線性迴歸法計算f－v關係直線的斜率k。公式（4）為線性迴歸法計算k值的公式，其中測量次數i＝5 ～ n，n≤10。

由k計算聲速u = f0/k，並與聲速的理論值比較，聲速理論值由u0 = 331(1＋t/273)1/2 (米/秒)計算，t表示室溫。測量資料的記錄是儀器自動進行的。在測量完成後，只需在出現的顯示介面上，用 u 鍵選中「資料」，q 鍵翻閱資料並記入表1中，然後按照上述公式計算出相關結果並填入**。

2樓：位菲

聲速與溫度有關。溫度過高，聲速偏大，實驗結果：接收到的頻率偏小，聲速測量值偏小；如果溫度過高，聲速偏小，測得接收到的頻率偏大，聲速的測量值偏大

運動方向不是嚴格的在聲源與接收器的連線方向，理**式中應有cosθ這項，使結果偏大、