多普勒实验报告 多普勒效应实验讲义草稿一、实验目的：1、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2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度或者利用光电门测量物体经过的时间，通过L-t关系图、V－t关系图，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：a.匀加速直线运动d.其它变速直线运动二、实验仪器：多普勒效应综合实验仪三、实验原理：根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1）式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为：f = f0（1+V/u）（2）当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负若f0保持不变，接收器的运动速度由电机控制，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f-V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为 k=f0/u ，由此可计算出声速 u=f0/k 。
由（2）式可解出：V = u（f/f0– 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f 采样计数，由（3）式计算出接收器运动速度，通过查询有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究 五、实验内容及步骤：（一）实验仪的预调节实验仪开机后，要求对信号发生器的输出频率进行调谐调谐时将所用的发射换能器器连接到信号输出，接收换能器连接到放大器输入将信号发生器的输出幅度调节到最大，将放大增益也调节到最大，将放大器输出接到示波器调节信号发生器的输出频率，观察示波器上显示的幅度，以接收到的信号幅度最大点处频率最大作为谐振的判据在超声应用中，需要将发生器与接收器的频率匹配，并将驱动频率调到谐振频率，才能有效的发射与接收超声波然后将放大器输出连接到频率计的输入端将频率计的时间闸门设置成0.5s或者1s此时频率计上显示接收到的声波频率此外，还要进行下列的问题1、二个换能器都可以作为发射器或者接收器，因此可以互换使用但互换时谐振频率需要重新调整2、频率的连续测量与记录是这样的：设置频率测量闸门时间时，0.1秒时间太短，容易引起数据跳动，选择0.2-1秒。
需要将连续测量的数据记录时，按下右下角的开始键，此时时间频率计按设置好的闸门时间间隔进行测频率并作记录当要停止记录时按下右下的开始/停止键，停止记录按右上方的查询键，进入查询状态此时下面的显示窗显示记录号（即时刻/闸门时间），上面的显示窗显示那时的信号频率3、时间测量：按下时间频率计上的开始键，仪器内的毫秒计开始计时当小车经过每个光电门时，仪器自动记录下此时毫秒计的数值（小车离开光电门时刻）再按下右下角的开始停止键，毫秒计停止计时，然后按下光电门位置键，下面的显示窗显示小车经过光电门时的时间值除于10，即t/10(ms)二）验证多普勒效应并由测量数据计算声速调节小车速度，运动方向为倒退，按下运动键后，使小车移动到左边光电门1位置切换小车的运动方向为向前调节小车速度为10mm/s按下运行键，小车开始向前移动当小车到达光电门3时，按开始/停止键让小车停车记录下小车移动过程中接收器的信号频率到表1切换小车的运动方向为倒退，按下运动键，小车开始向后移动回到左边的光电门1位置记录下小车移动过程中接收器的信号频率到表2同样，分别调节小车速度为20mm/s, 30mm/s,40mm/s,50mm/s,记录下相前移动时的接收信号频率到表1，向后移动时接收的信号频率到表2。
用作图法或线性回归法计算f－V关系直线的斜率k，由k计算声速u并与声速的理论值比较，声速理论值由u0 = 331(1＋t/273)1/2 (米/秒)计算，t表示室温 表1 多普勒效应的验证与声速的测量（相靠近运动时） f0 = 表2 多普勒效应的验证与声速的测量（相背离运动时） f0 =（三）研究匀速直线运动速度公式为：v = L/s （4）将小车移动到左边光电门1位置运动速度调节到10mm/s，加速度保持0mm/s，切换小车的运动方向为向前按下时间频率计的光电门计时开始键，毫秒计开始计时然后按下小车运动键，小车开始作直线匀速运动当小车运动到右边顶端自动停止时，按下时间频率计的开始/停止键，毫秒计停止计时按下光电门位置键，记录小车经过各光电门的时间值到表3 -全文完-5。