多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

專(zhuān)業(yè)：應(yīng)用物理題目：多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解多普勒效應(yīng)原理，并研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度與接收到頻率之間的關(guān)系。（2）利用多普勒效應(yīng)，研究做變速運(yùn)動(dòng)的物體其運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化關(guān)系，以及其機(jī)械能轉(zhuǎn)化的規(guī)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多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀由導(dǎo)軌、滑車(chē)、水平超聲發(fā)射器、超聲接收器組件&紅外發(fā)射組件（已固定在小車(chē)上）、紅外接收器、光電探頭、滑車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器以及滑車(chē)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(guò)滑車(chē)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(guò)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。滑車(chē)可以在驅(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)主要原理當(dāng)波源和接收器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收器接收到的波的頻率與波源發(fā)出的頻率不相同，當(dāng)波源向觀(guān)察者接近時(shí)觀(guān)察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)當(dāng)滑車(chē)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下作變速運(yùn)動(dòng)并掠過(guò)光電探頭時(shí)，小車(chē)上的兩個(gè)遮光桿分別通過(guò)光電探頭并形成遮光，儀器會(huì)測(cè)量?jī)纱握诠鈺r(shí)間并自動(dòng)使用這個(gè)時(shí)間計(jì)算小車(chē)的運(yùn)行速度，與此同時(shí)儀器會(huì)記錄下滑車(chē)通過(guò)超聲接收組件時(shí)所接收到的超聲頻率。（1）按圖3.8-5所示連接實(shí)驗(yàn)儀器，使滑車(chē)牽引繩繞過(guò)滑輪與滑車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)后兩端與滑車(chē)的前后端相連，并調(diào)整好滑車(chē)牽引繩的松緊；（2）打開(kāi)實(shí)驗(yàn)儀控制箱，使用tu將室溫tc值調(diào)到實(shí)際室溫，按“確認(rèn)”鍵后儀器將進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)壓電陶瓷換能器的工作頻率f0（3）使用tu鍵修改測(cè)試總次數(shù)（選擇范圍5~10，因?yàn)橛?種可變速度，一般選5次）（4）使用12V電源為滑車(chē)的超聲接收組件&紅外發(fā)射組件充電，并確認(rèn)實(shí)驗(yàn)儀器控制箱上“失鎖警告指示燈”處于“滅”的狀態(tài)；（5）用滑車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器上的“變速”按鈕選定一個(gè)滑車(chē)速率，并使滑車(chē)移動(dòng)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器附近，使車(chē)體后端的磁體距離控制器表面l~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(kāi)始實(shí)驗(yàn)，儀器將自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)速度及與之對(duì)應(yīng)的平均接收頻率；（6）按電機(jī)控制器上的“變速”按鈕，重新選擇速度，重復(fù)步驟（5）；（7）記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制f-v關(guān)系曲線(xiàn)。用多普勒效應(yīng)研究恒力作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律0i0i檔塊鉤碼圖3.8-7鉤碼駆動(dòng)作用T實(shí)驗(yàn)裝買(mǎi)示意圖朮平鈕擊發(fā)鮎誥紅外接收器R檔塊鉤碼圖3.8-7鉤碼駆動(dòng)作用T實(shí)驗(yàn)裝買(mǎi)示意圖朮平鈕擊發(fā)鮎誥紅外接收器R涓車(chē)碾兩電肛控制器劇聲搖收會(huì)廿|&紅外覽對(duì)組n光電櫟久充電孑膚（1）使用電子天平，分別稱(chēng)量鉤碼質(zhì)量m1和滑車(chē)質(zhì)量m0；（2）按圖3.8-7所示連接實(shí)驗(yàn)儀器，使水平超聲發(fā)射器、超聲接收組件&紅外發(fā)射組件以及紅外接收器在一條直線(xiàn)上，并用細(xì)繩繞過(guò)滑輪后分別連接在鉤碼和滑車(chē)兩端；（3）使用pq在液晶顯示屏上，選中“變速運(yùn)動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)”，并按“確認(rèn)”鍵；（4）使用tu鍵修改測(cè)量點(diǎn)總數(shù)（選擇范圍8~150），選擇采樣步距，tu修改采樣步距（選擇范圍10~100ms）（5）選中“開(kāi)始測(cè)試”完成后，立即松開(kāi)鉤碼，使滑車(chē)在鉤碼驅(qū)動(dòng)作用下開(kāi)始作變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；（6）測(cè)量完成后，記錄顯示屏上出現(xiàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并填入表中。（7）改變砝碼質(zhì)量，重復(fù)步驟（1）?（6）。fv）（8）將測(cè)得的觀(guān)測(cè)頻率f代入公式f=1+—f計(jì)算得到小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度v,式中的波速u(mài)O為聲音在空氣中的Lu丿00傳播速度，可通過(guò)函數(shù)uyRT傳播速度，可通過(guò)函數(shù)uyRT（1+*）代入室溫計(jì)算得到。使用Excel繪制v-t關(guān)系曲線(xiàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)量t二21.6OCf二40002Hzc0因此，令因此，令f(v)二測(cè)量數(shù)據(jù)次數(shù)i12345v/(m/s)i0.440.640.830.991.12f/Hzi4005340076400994011740133(厶-1)X10-3f01.27491.84992.42492.87493.2748根據(jù)多普勒效應(yīng)fv)f=1+—數(shù)據(jù)擬合結(jié)果如下11EqualonyEqualony=34問(wèn)Piel&Wfiigrtt:NoWeighllngirierceptD?-SlopedoossMiwiwieREiSidiJdSumofSqud5.35297E-10Peaisonisr0.99999R-Square(COD)UWQQfi.?=ydj.R-Squar?099998工f(v憶v—工f(v)v=0.0029126ii=0.0029126k—i=1i=1i=1v2i=i=ii丿i=1f—1—0.0029126vf0相關(guān)系數(shù)為0.99996，說(shuō)明擬合結(jié)果很好，f與v確實(shí)呈線(xiàn)性關(guān)系根據(jù)該關(guān)系式，聲速測(cè)量值為u——343.336m/s0測(cè)k該溫度下，聲速理論值為u—'^RT0-（1+二）—331.45x：1+I—344.306m/s0理卩T273.150百分差為u—ub———0測(cè)X100%—0.29%u0理比較用駐波法和行波法測(cè)聲速的實(shí)驗(yàn)的百分差2.29%和1.48%，該聲速測(cè)量值同樣較為精確，因此可認(rèn)為多普勒效應(yīng)式成立，即rv）f—1+—fLu丿0'07滑車(chē)在鉤碼驅(qū)動(dòng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)量滑車(chē)質(zhì)量m—590.1g采樣步距t—50ms0000序號(hào)i12345678910砝碼質(zhì)量mJgt/si00.050.100.150.200.250.300.350.400.4556.5f/Hzi40022400244002840030400364003840044400444004640051v/(m/s)i0.170.190.220.240.290.310.360.360.380.42t/si00.050.100.150.200.250.300.350.400.4592.2f/Hzi40036400444005140057400674007140075400854008740095v/(m/s)i0.290.360.420.470.560.590.630.710.730.80t/si00.050.100.150.200.250.300.350.400.45104.8f/Hzi40072400764008240086400964009940113401174012540131v/(m/s)i0.600.640.690.720.810.830.960.991.061.11t/si00.050.100.150.200.250.300.350.400.45116.7f/Hzi40066400684008040086400994009940113401194012940135v/(m/s)i0.550.570.670.720.830.830.961.011.091.14（表中v值通過(guò)多普勒定律計(jì)算得到）iV-t關(guān)系擬合結(jié)果如下ml-56.5gEquaoany=j4-tFiPictBV-t關(guān)系擬合結(jié)果如下ml-56.5gEquaoany=j4-tFiPictBVfflghfiNO'A^Qhlinaqib&ai咒iiaeeSlcoeRcsidwl3urnwiaquEreos&B&TooesiOOQ1Q4P田i■泊汕rLIM223R-3quar*fCOD)陽(yáng)R-&QUBFCEquaitKSiy=a*PICHWeightNoWeighingIntercept0.3W731OJXISlopeRes?di?alSumofSq0.00209Peer&onr5r□.0959iR-Square(COD>0.99181Adj.R-Square0.9W79□4m-116.7g擬合得到的加速度分別為Equanony■am-116.7g擬合得到的加速度分別為Equanony■a+PlaBV^ighBNDWeiQhling1沖擁怕訊D57±55XID13Sicpe1184240031Re^idmiSunc4SqijarDU04-I-4Fea^orfg「099241R-^3quare|；CO口;1D98磁AdjR-Squar色0.9B3Equationy=日十HYPfcrlBW&ahiNoWeighingInlerc^lD52B5170.01Slope137?18?0.05R^siOualSumofSquPearscn'arD99435R.SquareiQOD]D9BE7-4.Adj.R-Square0Q6733a=0.564m/s21a=1.107m/s22a=1.184m/s23a=1.378m/s24因此，運(yùn)動(dòng)規(guī)律分別為v=0.564t1v=1.107t2v=1.184t3v=1.378t4分析與討論1.理論值與測(cè)量值之間偏差的分析相較于聲速的測(cè)量，加速度的測(cè)量結(jié)果與理論值偏差較大四次實(shí)驗(yàn)加速度測(cè)量值與理論值及其百分差如下砝碼質(zhì)量mJg測(cè)量加速度a/(m/s2)理論加速度a'=―gm—/(m/s2)m+m01差值A(chǔ)a=fa一a百分差a'-ac=a'-X100%56.50.5640.8570.29334.2%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(cè)量加速度，因?yàn)橛?jì)算過(guò)程中未考慮阻力，包括空氣阻力，滑車(chē)與滑軌間的摩擦力，滑輪與繩子間的摩擦力等，在此統(tǒng)稱(chēng)為阻理論加速度公式可修正為gm1—m+m0100&=0.293+0.219+0.295+0.242=。如4f—aax=01548由此可粗略估計(jì)該阻0，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。2.關(guān)于采樣點(diǎn)的選取滑車(chē)剛起步時(shí)受環(huán)境影