论文多普勒效应测量物体运动速度的实验设计是关于对写作多普勒效应论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文多普勒效应论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要：本文介绍了设计性实验“多普勒效应测量运动物体的未知速度”,设计出一套测量运动物体速度的实验装置,该装置主要由DH-DPL1多普勒效应及声速综合测试仪、控制物体运动的智能控制系统和测试架等组成,学生通过该实验加深了对多普勒效应测速原理的理解.
关键词：多普勒效应；设计性实验；测速
中图分类号：O426.9文献标识码：A
大学物理实验是对学生进行科学实验训练的重要基础,通过实验,使学生学会查阅资料,掌握较深的实验原理,学会操作较复杂和现代化仪器设备,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力以及独立实验的能力.尤其是在研究创新性实验教学中,通过设计性实验,学生对科学实验的全过程做到到训练,调动学生的主观能动性,拓宽知识面,提高独立研究能力和创造能力.
因此,我们在大学物理实验教学环节开设了开放性实验项目,其中多普勒效应测量运动物体的未知速度就是其中一项,通过开展该实验,激发了学生的学习热情同时也提高了学生独立设计物理实验的技能.在该实验中,学生独立完成以下几项内容：第一理解利用多普勒效应测速原理,第二实验装置的搭建,第三数据测量和拟合.
多普勒效应的测速原理
在无吸收、各向同性、均匀介质中,如果波源和接收者均相对介质静止,则接收到的频率等于波源的发射频率.如果两者（或其中一者）相对介质运动,则接收频率与发射频率不再相等,这就是著名的多普勒效应现象.为简单起见,设波源S、接收者O都在两者的连线上运动,设波源发出的频率为f0,波在介质中的传播速度为u,波源S相对介质的速度为VS,接收者O相对介质的速度为V0,VS、V0当接收者与波源相向运动为正,远离为负.
当波源静止于介质中,接收者以速度V0向着波源运动,根据速度合成法则,此时接收者感到波以u+V0速度通过自己,则接收者1秒中收到的波数,即接收频率为
若波源和观察者的运动方向是任意的,需要把速度分解到连线方向上,把分量带入上述公式即可.
本实验研究第二种情况,声源和介质不动,接收器运动,已知声速u,设接收器的运动速度为V,声源的发射频率为f0,接收器接收的频率为f,根据多普勒效应的频率变化公式,计算出接收器运动速度为
实验系统的设计
实验装置主要构成部分有DH-DPL1多普勒效应及声速综合测试仪、智能控制系統和测试架.按照图1连接好装置,调节运动导轨水平,将一个超声换能器置于轨道的一端,并将其与测试仪的发射端连接,智能控制系统用来控制装有接收换能器的小车,可使小车在轨道上做变速直线运动.
3 实验内容
3. 数据测量
实验首先要调节谐振频率,也就是在声源和接收器都静止时,发射频率和接收频率相等,并记下该谐振频率,然后切换菜单进入“变速运动实验”,设置好采样点数160,采样步距50ms.智能控制系统有7种变速运动模式,本实验采用ACC5变速模式,“开始测量”,由系统记录接收到的信号的频率.
3. 实验数据分析
实验测做到换能器谐振频率,即声源的发射频率f0等于37300Hz,室温t等于27.0℃,根据u等于331.451+t273.16m/s,t为摄氏温标下的室温,计算出声速u等于347.4m/s,根据公式（4）,可以求做到运动物体的速度.实验数据测量及计算结果如下表所示.
根据运动物体的速度与时间对应关系,使用Matlab进行数据拟合,做到到函数关系图像如图2所示.
很显然,数据图像表明物体在水平方向上做简谐振动,拟合结果显示,速度最大值为0.2787m/s,振动周期T等于3100ms,振幅A等于0.1347m.
4 结论
本文介绍的“多普勒效应测量运动物体的未知速度”实验系统将前沿科研成果与传统物理实验相结合,开拓了学生的视野.本实验系统结构简单,仪器智能化程度较高,可由学生自主设计.通过完成本实验,学生不但深入了解多普勒效应测量速度的原理,锻炼了学生自主设计新物理实验的能力,更增强了学生的创新意识和创新能力.
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参考文献：
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