文档介绍：无线传输型多普勒效应综合实验仪
一、简介
HLD-DPL-III无线传输型多普勒效应综合实验仪是我公司研发的创新型专利产品。该仪器上有一个无线接收—转发器被安装在沿导轨运行的移动小车上,用来接收从导轨一端超声发生头发出的超声信号,当小车运动时,无线接收—转发器接收到的超声信号就会产生多普勒频移,此频移信息经转发器处理后再以无线(红外)发射的形式向导轨另一端的红外接收头发出,最后由仪器主机上的液晶屏显示出多普勒频移的数值、小车运动的速度、加速度及其运动曲线等各种实验数据。
由于本仪器采用无线传输的方式进行信息传递,故小车的运动不会受到传输电缆的牵制,可以认为是完全自由的运动,用多普勒效应研究小车的运动状态时,测量数据比较真实,同时避免了传输电缆内部断线可能造成的故障。
本仪器采用高速数据采样电路,实验测量的实时性很好,实验内容也比较丰富,可以做多种力学实验,在高校物理实验中是一个很好的综合性实验仪器。
二、仪器结构
仪器整机照片如下:
.2
三、整机配套件
序号
配套件名称
数量
1
仪器主机
1台
2
铝合金导轨()
1个
3
移动小车
1辆
4
无线接收—转发器
1只
5
导轨和主机间的连接电缆
1组(共2根)
6
(做阻尼振动的)弹簧
2只
7
勾码
1套
多普勒效应综合实验的研究
[实验目的]
研究波源不动,观察者相对介质运动时的多普勒效应。验证多普勒频移与观察者运动速度的关系。
应用多普勒频移与速度的关系测定声速。
应用多普勒效应验证牛顿第二定律
应用多普勒效应研究简谐振动的规律。
[实验原理]
波源不动,观察者相对介质运动时的多普勒效应
图1
如图1所示,若观察者开始时处于图中P点位置,从波源S向观察者发出频率为速度为的波,在时间内经过P点的完整波数应为分布在距离中的波数。现在若观察者在此时间内迎着波的传播方向以速度运动到P’点位置,则在时间内观察者接收到的完整波数是分布在距离上的波数。反之,若观察者以的速度向远离波源的方向运动时,则在时间内观察者接收到的完整波数是分布在距离上的波数。考虑到波源在介质中是静止的,故综合以上两种情况,由于观察者的运动,观察者接收到的波的频率与波源发出的频率的关系应为:
(1)
在(1)式中当观察者是迎着波的传播方向运动时,我们规定的符号取“+”,向远离波源的方向运动时规定的符号取“-”。显然,当观察者迎着波的传播方向运动时观察到波的频率比原来高,而观察者远离波源的方向运动时则观察到波的频率比原来低。若规定多普勒频移,则由(1)式可解得:
(2)
从(2)式中我们根据的方向的不同,可以得到不同的的符号,反之根据的符号亦可判别的方向。
用多普勒效应测声速的原理及空气中声速的理论值推算
根据(2)式,我们知道观察者运动速度的大小与所测得的多普勒频移成正比。当我们知道了声源的频率
后,根据(2)式即可算出声速来。为了测量的精确,我们可测多组-的数据,然后用作图法或逐差法求得-关系的斜率,进而求得声速。
在空气中声速的理论推算可按如下方法:
设空气为理想气体,则声速与温度的关系为,其中为气体比热容比(空气中),,为0℃时摩尔气体质量,为绝对温标,换处成摄氏温标为。把以上数据代入并代简后