大學(xué)物理試驗課件

大學(xué)物理實驗2多普勒效應(yīng)測聲速

概述對于機(jī)械波、聲波、光波和電磁波而言，當(dāng)波源和觀察者（或接收器）之間發(fā)生相對運(yùn)動，或者波源、觀察者不動而傳播介質(zhì)運(yùn)動時，或者波源、觀察者、傳播介質(zhì)都在運(yùn)動時,觀察者接收到的波的頻率和發(fā)出的波的頻率不相同的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在核物理，天文學(xué)、工程技術(shù)，交通管理，醫(yī)療診斷等方面有十分廣泛的應(yīng)用。如用于衛(wèi)星測速、光譜儀、多普勒雷達(dá)，多普勒彩色超聲診斷儀等。概述對于機(jī)械波、聲波、光波和電磁波而言，當(dāng)波源和觀察者（一實驗?zāi)康?、理解聲速的多普勒效應(yīng)。2、理解相位法原理。3、用多普勒效應(yīng)測量空氣中的聲速，并進(jìn)行誤差分析。4、相位法測量聲速，并進(jìn)行誤差分析。一實驗?zāi)康?、理解聲速的多普勒效應(yīng)。二實驗原理

在x方向傳播的聲波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

聲源、介質(zhì)不動，接收器運(yùn)動速度為Vr

，同理可得接收器接收到的頻率:其中Mr為接收器運(yùn)動的馬赫數(shù)，接收點(diǎn)向著聲源運(yùn)動時Vr（或Mr

）為正，反之為負(fù)。

1聲速的多普勒效應(yīng)二實驗原理在x方向傳播的聲波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：二實驗原理2相位法測量原理相對于發(fā)射波束：ξ1=Acos（ωt+2πx/λ)來說，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ=2π△x/λ。由此可見，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ=2π△x/λ。因此能通過示波器，用李薩如圖法觀察測出聲波的波長。設(shè)入射波為ξ1，反射波維ξ2，兩波疊加，形成波束ξ3=2A1cos(2πx/λ)cosωt+（A2-A1）cos（ωt-2πx/λ)二實驗原理2相位法測量原理相對于發(fā)射波束：ξ1=Acos（三實驗儀器（1）主測試儀面板圖（2）智能運(yùn)動控制面板圖三實驗儀器（1）主測試儀面板圖（2）智能運(yùn)動控制面板圖三實驗儀器（3）線路連接示意圖三實驗儀器（3）線路連接示意圖三實驗儀器注意：1、使用時，應(yīng)避免信號源的功率輸出端短路。2、注意儀器部件的正確安裝、線路正確連接。3、儀器的運(yùn)動部分是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的精密系統(tǒng)，嚴(yán)禁運(yùn)行過程中人為阻礙小車的運(yùn)動。4、注意避免傳動系統(tǒng)的同步帶受外力拉伸或人為損壞。5、小車不允許在導(dǎo)軌兩側(cè)的限位位置外側(cè)運(yùn)行，意外觸發(fā)行程開關(guān)后要先切斷測試架上的電機(jī)開關(guān)，接著把小車移動到導(dǎo)軌中央位置后再接通電機(jī)開關(guān)并且按一下復(fù)位鍵即可。三實驗儀器注意：四實驗內(nèi)容和步驟多普勒法已知c0=347m/s換能器諧振頻f=37730Hz，聲源、介質(zhì)不動，接收器運(yùn)動速度為vr

。實驗步驟：1、按圖（3）接線。2、把載接受換能器的小車移動到導(dǎo)軌最右端并把試驗儀超聲波發(fā)射強(qiáng)度和接受增益調(diào)到最大。四實驗內(nèi)容和步驟多普勒法四實驗內(nèi)容和步驟3、進(jìn)入“多普勒效應(yīng)實驗”子菜單，切換到“設(shè)置源頻率”后，按“

”“

”鍵增減信號頻率，一次變化10Hz；用示波器觀察接收換能器波形的幅度是否達(dá)到最大值，該值對應(yīng)的超聲波頻率即為換能器的諧振頻率。4、諧振頻率調(diào)好后，“動態(tài)測量”，我們可以看到畫面中換能器的接受頻率（測量頻率）和發(fā)射源頻率是相等的，而且改變接受換能器的位置，該測量頻率和發(fā)射頻率始終是相等的，證明調(diào)諧成功。四實驗內(nèi)容和步驟3、進(jìn)入“多普勒效應(yīng)實驗”子菜單，切換到“四實驗內(nèi)容和步驟5、切換到“動態(tài)測量”，設(shè)定小車速度，使小車在限位區(qū)間內(nèi)正或反運(yùn)行，記下測量頻率和源頻率之差Δf正和Δf反，以及智能運(yùn)動控制系統(tǒng)給出的小車速度Vr。6、測量與記錄：Vr(m/s)Δf正(Hz)Δf反(Hz)Δf=(Δf正+Δf反)/2V=f×Vr/Δf(m/s)四實驗內(nèi)容和步驟5、切換到“動態(tài)測量”，設(shè)定小車速度，使小四實驗內(nèi)容和步驟注意：由于系統(tǒng)的測頻精度為1Hz，所以低速測量時，多普勒效應(yīng)的相對誤差較大數(shù)據(jù)處理：四實驗內(nèi)容和步驟注意：由于系統(tǒng)的測頻精度為1Hz，所以低速四實驗內(nèi)容和步驟相位法測量c0=347m/s，換能器諧振頻率f=37730Hz。實驗步驟：1、按照例1的實驗步驟1~4進(jìn)行操作，使調(diào)諧成功。2、切換到“多普勒效應(yīng)實驗”畫面進(jìn)行實驗，關(guān)閉導(dǎo)軌電源。四實驗內(nèi)容和步驟相位法測量四實驗內(nèi)容和步驟3、選擇合適的發(fā)射強(qiáng)度，將示波器打到“X-Y”方式，選擇合適的示波器通道增益，示波器顯示李薩如圖形。手動轉(zhuǎn)動步進(jìn)電機(jī)上的滾花帽使載接收換能器的小車緩慢移動，使李薩如圖顯示的橢圓變?yōu)橐欢ń嵌鹊囊粭l斜線，記錄下此時的距離Li-1，距離由刻度尺和游標(biāo)上讀出。再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，使觀察到的波形又回到前面所說的特定角度的斜線，這時接收波的相位變化2π，記錄下此時的距離Li。即可求得聲波波長：λi=│Li-Li-1│。四實驗內(nèi)容和步驟3、選擇合適的發(fā)射強(qiáng)度，將示波器打到“X-四實驗內(nèi)容和步驟L1L1-1L2L2-1L3L3-1L4L4-1L5L5-1L6L6-14、數(shù)據(jù)記錄與處理四實驗內(nèi)容和步驟L1L1-1L2L2-1L3L3-1L4L4五報告要求1，數(shù)據(jù)記錄2，數(shù)據(jù)處理與誤差分析3,實驗結(jié)論與總結(jié)4，回答教材上的問題五報告要求1，數(shù)據(jù)記錄

大學(xué)物理實驗2多普勒效應(yīng)測聲速

概述對于機(jī)械波、聲波、光波和電磁波而言，當(dāng)波源和觀察者（或接收器）之間發(fā)生相對運(yùn)動，或者波源、觀察者不動而傳播介質(zhì)運(yùn)動時，或者波源、觀察者、傳播介質(zhì)都在運(yùn)動時,觀察者接收到的波的頻率和發(fā)出的波的頻率不相同的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在核物理，天文學(xué)、工程技術(shù)，交通管理，醫(yī)療診斷等方面有十分廣泛的應(yīng)用。如用于衛(wèi)星測速、光譜儀、多普勒雷達(dá)，多普勒彩色超聲診斷儀等。概述對于機(jī)械波、聲波、光波和電磁波而言，當(dāng)波源和觀察者（一實驗?zāi)康?、理解聲速的多普勒效應(yīng)。2、理解相位法原理。3、用多普勒效應(yīng)測量空氣中的聲速，并進(jìn)行誤差分析。4、相位法測量聲速，并進(jìn)行誤差分析。一實驗?zāi)康?、理解聲速的多普勒效應(yīng)。二實驗原理

在x方向傳播的聲波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

聲源、介質(zhì)不動，接收器運(yùn)動速度為Vr

，同理可得接收器接收到的頻率:其中Mr為接收器運(yùn)動的馬赫數(shù)，接收點(diǎn)向著聲源運(yùn)動時Vr（或Mr

）為正，反之為負(fù)。

1聲速的多普勒效應(yīng)二實驗原理在x方向傳播的聲波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：二實驗原理2相位法測量原理相對于發(fā)射波束：ξ1=Acos（ωt+2πx/λ)來說，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ=2π△x/λ。由此可見，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ=2π△x/λ。因此能通過示波器，用李薩如圖法觀察測出聲波的波長。設(shè)入射波為ξ1，反射波維ξ2，兩波疊加，形成波束ξ3=2A1cos(2πx/λ)cosωt+（A2-A1）cos（ωt-2πx/λ)二實驗原理2相位法測量原理相對于發(fā)射波束：ξ1=Acos（三實驗儀器（1）主測試儀面板圖（2）智能運(yùn)動控制面板圖三實驗儀器（1）主測試儀面板圖（2）智能運(yùn)動控制面板圖三實驗儀器（3）線路連接示意圖三實驗儀器（3）線路連接示意圖三實驗儀器注意：1、使用時，應(yīng)避免信號源的功率輸出端短路。2、注意儀器部件的正確安裝、線路正確連接。3、儀器的運(yùn)動部分是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的精密系統(tǒng)，嚴(yán)禁運(yùn)行過程中人為阻礙小車的運(yùn)動。4、注意避免傳動系統(tǒng)的同步帶受外力拉伸或人為損壞。5、小車不允許在導(dǎo)軌兩側(cè)的限位位置外側(cè)運(yùn)行，意外觸發(fā)行程開關(guān)后要先切斷測試架上的電機(jī)開關(guān)，接著把小車移動到導(dǎo)軌中央位置后再接通電機(jī)開關(guān)并且按一下復(fù)位鍵即可。三實驗儀器注意：四實驗內(nèi)容和步驟多普勒法已知c0=347m/s換能器諧振頻f=37730Hz，聲源、介質(zhì)不動，接收器運(yùn)動速度為vr

。實驗步驟：1、按圖（3）接線。2、把載接受換能器的小車移動到導(dǎo)軌最右端并把試驗儀超聲波發(fā)射強(qiáng)度和接受增益調(diào)到最大。四實驗內(nèi)容和步驟多普勒法四實驗內(nèi)容和步驟3、進(jìn)入“多普勒效應(yīng)實驗”子菜單，切換到“設(shè)置源頻率”后，按“

”“

”鍵增減信號頻率，一次變化10Hz；用示波器觀察接收換能器波形的幅度是否達(dá)到最大值，該值對應(yīng)的超聲波頻率即為換能器的諧振頻率。4、諧振頻率調(diào)好后，“動態(tài)測量”，我們可以看到畫面中換能器的接受頻率（測量頻率）和發(fā)射源頻率是相等的，而且改變接受換能器的位置，該測量頻率和發(fā)射頻率始終是相等的，證明調(diào)諧成功。四實驗內(nèi)容和步驟3、進(jìn)入“多普勒效應(yīng)實驗”子菜單，切換到“四實驗內(nèi)容和步驟5、切換到“動態(tài)測量”，設(shè)定小車速度，使小車在限位區(qū)間內(nèi)正或反運(yùn)行，記下測量頻率和源頻率之差Δf正和Δf反，以及智能運(yùn)動控制系統(tǒng)給出的小車速度Vr。6、測量與記錄：Vr(m/s)Δf正(Hz)Δf反(Hz)Δf=(Δf正+Δf反)/2V=f×Vr/Δf(m/s)四實驗內(nèi)容和步驟5、切換到“動態(tài)測量”，設(shè)定小車速度，使小四實驗內(nèi)容和步驟注意：由于系統(tǒng)的測頻精度為1Hz，所以低速測量時，多普勒效應(yīng)的相對誤差較大數(shù)據(jù)處理：四實驗內(nèi)容和步驟注意：由于系統(tǒng)的測頻精度為1Hz，所以低速四實驗內(nèi)容和步驟相位法測量c0=347m/s，換能器諧振頻率f=37730Hz。實驗步驟：1、按照例1的實驗步驟1~4進(jìn)行操作，使調(diào)諧成功。2、切換到“多普勒效應(yīng)實驗”畫面進(jìn)行實驗，關(guān)閉導(dǎo)軌電源。四實驗內(nèi)容和步驟相位法測量四實驗內(nèi)容和步驟3、選擇合適的發(fā)射強(qiáng)度，將示波器打到“X-Y”方式，選擇合適的示波器通道增益，示波器顯示李薩如圖形。手動轉(zhuǎn)動步進(jìn)電機(jī)上的滾花帽使載接收換能器的小車緩慢移動，使李薩如圖顯示的橢圓變?yōu)橐欢ń嵌鹊囊粭l斜線，記錄下此時的距離Li-1，距離由刻度尺和游標(biāo)上讀出。再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，使觀察到的波形又回到前面所說的特定角度的斜線，這時接收波的相位變化2π，記錄下此時的