多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

專業(yè)：應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私舛嗥绽招?yīng)原理，并研究相對運(yùn)動(dòng)的速度與接收到頻率之間的關(guān)系。律。實(shí)驗(yàn)儀器ZKY-DPL-3多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀，電子天平，鉤碼等。ZKY-DPL-3（已固定在小車上紅外接收器、光電探頭、滑車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器以及滑車牽引繩組成，如圖所示。工作時(shí)，水平超聲發(fā)射器可以發(fā)出頻率為40kHz左右的超聲波，該超聲波通過滑車上的超聲接收組件接收，并將超聲信號(hào)調(diào)制成紅外信號(hào)并通過紅外發(fā)射組件發(fā)射，再由儀器另一端的紅外接收器接收?；嚳梢栽隍?qū)動(dòng)電機(jī)的作用下運(yùn)動(dòng)也可以在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)主要原理者所接收到的頻率將變高，反之接收的頻率將變低。該理論適合所有形式的波，包括聲波和電磁波。實(shí)驗(yàn)步驟超聲的多普勒效應(yīng)收到的超聲頻率。按圖3.8-5滑車牽引繩的松緊；打開實(shí)驗(yàn)儀控制箱，使用tu將室溫tcf0使用tu鍵修改測試總次數(shù)（5~10，因?yàn)橛?5次）使用12V電源為滑車的超聲接收組件“滅”的狀態(tài)；端的磁體距離控制器表面1~15mm之間，準(zhǔn)備好后，按“確認(rèn)”，再按電機(jī)控制器上的“啟動(dòng)”鍵，開始實(shí)驗(yàn)，儀器將自動(dòng)記錄小車通過光電門時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)速度及與之對應(yīng)的平均接收頻率；按電機(jī)控制器上的“變速”按鈕，重新選擇速度，重復(fù)步驟f-v關(guān)系曲線。用多普勒效應(yīng)研究恒力作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律m1m0；按圖3.8-7上，并用細(xì)繩繞過滑輪后分別連接在鉤碼和滑車兩端；使用pq使用tu鍵修改測量點(diǎn)總數(shù)（8~150），u修改采樣步距（選擇范圍10~100ms）選中“開始測試”完成后，立即松開鉤碼，使滑車在鉤碼驅(qū)動(dòng)作用下開始作變速直線運(yùn)動(dòng)；測量完成后，記錄顯示屏上出現(xiàn)的測量數(shù)據(jù)，并填入表中。改變砝碼質(zhì)量，重復(fù)步驟。 v將測得的觀測頻率ff1uf0計(jì)算得到小車的運(yùn)動(dòng)速度v，式中的波速u00RT0RT0 c)tT0行適當(dāng)?shù)姆治鰯?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理多普勒效應(yīng)的驗(yàn)證與聲速的測量

代入室溫計(jì)算得到。使用Excel繪制v-t關(guān)系曲線，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)t 21.6C f測量數(shù)據(jù)次數(shù)iv測量數(shù)據(jù)次數(shù)iv/(m/s)if/Hzi(fi1)103f01.27491.84992.42492.87493.2748

40002Hz123450.440.640.830.991.124005340076400994011740133根據(jù)多普勒效應(yīng) vf1uf00ff(vi

i1kvf 0數(shù)據(jù)擬合結(jié)果如下5 f(v)5 v5 f(v)vi i k i1 i1 i1

i0.00291265 2 5 vii1 i

5 v2ii1f 10.0029126vf00.99996與v確實(shí)呈線性關(guān)系根據(jù)該關(guān)系式，聲速測量值為u 1343.336m/s0測 k該溫度下，聲速理論值為RT0RT0 c)tT01tc2730理

344.306m/s百分差為u u0理 0測u u0理 0測u0理比較用駐波法和行波法測聲速的實(shí)驗(yàn)的百分差2.29%和1.48%，該聲速測量值同樣較為精確，因此可認(rèn)為多普勒效應(yīng)式成立，即 vf1u f00滑車在鉤碼驅(qū)動(dòng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律測量滑車質(zhì)量m0

590.1g 采樣步距t0

50ms序號(hào)i12345678910t/si00.050.100.150.200.250.300.350.400.450.290.360.420.470.560.590.630.710.730.8000.050.100.150.200.250.300.350.400.4540072400764008240086400964009940113401174012540131104.80.600.640.690.720.810.830.960.991.061.1100.050.100.150.200.250.300.350.400.4540066400684008040086400994009940113401194012940135116.70.550.570.670.720.830.830.961.011.091.14砝碼質(zhì)量m1砝碼質(zhì)量m1/gf/Hzi4002240024400284003040036400384004440044400464005156.5v/ m/s）i0.170.190.220.240.290.310.360.360.380.42t/si00.050.100.150.200.250.300.350.400.45f/Hzi4003640044400514005740067400714007540085400874009592.2v/ m/s）it/sif/Hziv/ m/s）it/sif/Hziv/ m/s）ii

值通過多普勒定律計(jì)算得到）V-t關(guān)系擬合結(jié)果如下擬合得到的加速度分別為a0.564m/s21a 1.107m/s22a 1.184m/s23a 1.378m/s24因此，運(yùn)動(dòng)規(guī)律分別為v0.564t1v 1.107t2v 1.184t3v 1.378t4分析與討論理論值與測量值之間偏差的分析砝碼質(zhì)量測量加速度砝碼質(zhì)量測量加速度理論加速度百分差m/g1a/(m/s2)agmmm1/(m/s2)aa差值aa100%01a56.50.5640.8570.29334.2%92.21.1071.3260.21916.5%104.81.1841.4790.29519.9%116.71.3781.6200.24214.9%理論加速度均大于測量加速度，因?yàn)橛?jì)算過程中未考慮阻力，包括空氣阻力，滑車與滑軌間的摩擦力，滑輪與繩子間f的摩擦力等，在此統(tǒng)稱為阻理論加速度公式可修正為gm fa 1 阻mm m0 1 0a0.2930.2190.2950.2420.2624f由此可粗略估計(jì)該阻

m0

，理論上空氣阻力應(yīng)隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增加而增加，且與速度平方呈正比，此實(shí)驗(yàn)中速度變化較小，阻力基本上保持不變。關(guān)于采樣點(diǎn)的選取滑車剛起步時(shí)受環(huán)境影響較大，導(dǎo)致前段采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差較大，應(yīng)從中段開始選取采樣點(diǎn)。結(jié)論1. t 21.6C時(shí) u343.336m/s，通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到聲波多