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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。
实验内容
1、熟悉多普勒效应仪的外部结构和光电测控箱的前面板。
2、实验仪的预调节：实验仪开机后，首先要求输入室温（因为计算物体运动速度时要代入声速，而声速是温度的函数）；第二是要对发生器的驱动频率进行调谐。
3、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。
4、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，由显示屏显示V－t关系图，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：
a. 自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
b. 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2定律。
c. 简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。
d. 其它变速直线运动。
实验的重与难点
1、在测量声速的实验中，注意每次要改变砝码的个数，使接收器通过光电门时有不同的平均速度和平均频率f（表1中测量次数为6）。
2、在做自由落体运动实验时，一定注意接收器的信号线与悬挂线，保护信号线不被扯断。
3、在处理实验数据时，作f—v直线和v—t直线求斜率，我们用斜率截距法（或称两点式）：在直线上选取两点和，，注意：所取两点不应为原实验数据点，并且取得的两点不要相距太近，以减小误差。
仪器简介
整套仪器由实验仪，超声发射/接收器，导轨，运动小车，支架，光电门，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码等组成。实验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，图1为实验仪的面板图。

图1 实验仪面板图
实验仪采用菜单式操作，显示屏显示菜单及操作提示，由方向键选择菜单或修改参数，按确认键后仪器执行。操作者只须按提示即可完成操作。

导轨长1.2m，两侧有安装槽，所有需固定的附件均安装在导轨上。仪器按图2安装，可验证多普勒效应；按图3安装，可研究匀加速直线运动；按图4安装，可测量重力加速度。

图3 匀加速运动测量安装示意图
图4 重力加速度测量安装示意图
预习要求
1、了解超声波接收器运动速度与接频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f-v关系直线的斜率求声速。
2、了解如何利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，由显示屏显示v-t关系图，或调阅有关测量数据，即可得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、列出测量数据记录表。
预习思考
1、讲义中公式⑴和⑵有什么样的前提条件？若在实际运动中前提条件不满足会出现什么后果？
2、当你在铁道旁看见火车由远及近时，你听到的声音频率有没有变化？怎么变化？为什么？
问题与解答
1、仪器做变速运动测量时，是根据接收器接收到的频率（3）式计算运动速度的，即，此式是由（2）式得出，由（1）式到（2）式有什么样的前提条件？若在实际运动中前提条件不满足，会带来什么后果？
答：（1）式到（2）式的前提条件是：，我们讨论两种情况：
a、，那么，当取负值时，为正值时，；
b、，那么，当取负值时，为正值时，；
式中：为声源和接收器连线与接收器运动方向之间的夹角。为声源和接收器连线与声源运动方向之间的夹角。