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多普勒效应 实验报告——大连理工大学大学物理实验报告

多普勒效应 实验报告——大连理工大学大学物理实验报告
多普勒效应 实验报告——大连理工大学大学物理实验报告

大连理工大学

大 学 物 理 实 验 报 告

院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 学号 实验台号

实验时间 2020 年 03 月 30 日,第六周,星期 一 第 5-6 节

实验名称 多普勒效应及声速的测试与应用

教师评语

实验目的与要求:

1. 加深对多普勒效应的了解

2. 测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度

主要仪器设备:

DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪,示波器

其中, DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪由实验仪、智能运动控制系统和测试架三个部份组成。

实验原理和内容: 1、 声波的多普勒效应

实际的声波传播多处于三维的状态下, 先只考虑其中的一维(x 方向)以简化其处理过程。 设声源在原点,声源振动频率为f ,接收点在x 0,运动和传播都在x 轴向上, 则可以得到声源和接收点没有相对运动时的振动位移表达式:

????

?

?-=000cos x c t p p ωω , 其中00x c ω-为距离差引起的相位角的滞后项, 0c 为声速。 然后分多种情况考虑多普勒效应的发生: 1.1 声源运动速度为S V ,介质和接收点不动

假设声源在移动时只发出一个脉冲波, 在t 时刻接收器收到该脉冲波, 则可以算出从零时刻到声源发出该脉冲波时, 声源移动的距离为)(0c x t V S -, 而该时刻声源和接收器的实际距离为

)(00c x t V x x S --=, 若令S M =S V /0c (声源运动的马赫数), 声源向接收点运动时S V (或S M )

为正, 反之为负(以下各个马赫数的处理方法相同, 均以相互靠近的运动时记为正)。

则距离表达式变为)1/()(0S S M t V x x --=, 代回到波函数的普适表达式中, 得到变化的表达式:

?????

????? ?

?--=0001cos c x t M p p S ω

可见接收器接收到的频率变为原来的

S

M 11

-, 即:

1.2 根据同样的计算法, 通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始位移量, 便可以得到声源、介质不动,接收器运动速度为r V 时, 接收器接收到的频率为

1.3介质不动,声源运动速度为S V

,接收器运动速度为r V ,可得接收器接收到的频率为

1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度(真实声速并没有发生变化), 导致计算收发声时的实时位移量变为t V x x

m -=0, 通过同样的计算法, 可以得到此状态下接收器收到的频率为(以介质向接收器运动时, 马赫数记为正)

另外, 当声源和介质以相同的速度和方向运动时, 接收器收到的频率不变(从定性的分析即可得到这一点结论)。

本实验重点研究第二种情况, 即声源和介质不动, 接收器运动。 设接收器运动速度为r V ,根据1.2 式可知,改变r V 就可得到不同的r f ,从而验证了多普勒效应。另外,若已知r V 、f ,并测出r f ,则可算出声速0c ,可将用多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的声速作比较。若将仪器的超声

换能器用作速度传感器,就可用多普勒效应来研究物体的运动状态。

2、 声速的几种测量原理

2.1超声波与压电陶瓷换能器

频率高于20kHz 的声波称为超声波,超声波的传播速度等于声波的传播速度,而超声波具有波长短,易于定向发射等优点, 故实验中采用超声波来验证多普勒效应。

本实验使用的压电陶瓷换能器为纵向换能器, 即能够将轴向的机械振动转换为电压的变化并输出。 右图为其结构示意简图

2.2时差法测量原理

连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中,声波在介质中传播,经过t 时间后,到达L 距离处的接收换能器。显然声波在介质中传播的速度V=L/t 。 测量过程中发射与接收端的显示波形如下:

步骤与操作方法:

1. 时差法测声速

1.1 通过调节滚花帽, 将接收换能器调到距发射换能器12cm 处,记录接收换能器接收到的脉冲信号与原信号时间差。

1.2将接收换能器分别调至12cm 、13cm ……19cm 处,分别记录各位置时间差。(注意避开时间不稳定的区域, 使用稳定的区域进行测量)

2. 多普勒法测声速瞬时法测声速

2.1 从主菜单进入多普勒效应实验

2.2 将接收换能器调到约75cm 处,设置源频率使接收端的感应信号幅值最大(谐振状态)

后盖反射板

正负电极片

2.3 返回多普勒效应菜单,点击瞬时测量。

2.4 按下智能运动控制系统的Set 键,进入速度调节状态→按Up 直至速度调节到0.450m/s 2.5 按Set 键确认→再按Run/Stop 键使接收换能器运动。 2.6 记录“测量频率”的值,按Dir 改变运动方向,再次测量。

3. 反射法测声速

用发射发测声速时,反射屏要远离两换能器,调整两换能器之间的距离、两换能器和反射屏之间的夹角θ以及垂直距离L ,如左下图所示,使数字示波器(双踪,由脉冲波触发)接收到稳定波形。利用数字示波器观察波形,通过调节示波器使接受波形的某一波头b n 的波峰处在一个容易辨识的时间轴位置上,然后向前或向后水平调节反射屏的位置,使移动△L ,记下此时示波器中选定的波头b n 在时间轴上移动的时间△t ,如右下图所示,从而得出声速值0c

反射屏

发射换能器

接受换能器θ

θ

θ

L

根据几何关系, 可以得到声速的计算表达式为:

θ

sin 20???=

??=

t L

t x c 多次测量后, 与理论给出值比较: 16

.273145.3310t

c +=(m/s ), t 为摄氏温标下的室温。

4. 利用已知声速测物体移动速度

4.1 从主菜单进入变速运动实验,将采样步距改为50ms 。

4.2 长按智能运动控制系统的Set 键,使其进入ACC1变速运动模式,再按Run/Stop 键使接收换能器变速运动。

4.3 点击“开始测量”由系统记录接收到信号的频率(如半分钟后曲线仍未出现,则需重新调节谐振频率)。再按Run/Stop 键停止变速运动。

4.4 点击“数据”记录实验数据。计算接收换能器的最大运行速度,画出相应v t -曲线。

数据记录与处理:

1. 时差法测声速实验数据

2. 多普勒法侧声速实验数据

f0=37340Hz

f+=37390Hz, V r+=+0.449m/s;

f-=37291Hz, V r-=-0.449m/s

3. 已知声速求运动物体速度实验数据

而在160个完整的采样数据中,最大和最小频率分别为:f max=37373Hz

f min=37309Hz

结果与分析:

1. 由时差法的测量数据, 通过作图法计算声速: 根据已知数据, 作图如下:

如图, 取4个数据点, 使用逐差法, 取平均值得到直线的斜率为k=0.0342cm/μs 故测得的声速为 c 0=342m/s

2. 多普勒法测声速

已知, 接收器向声源运动时, 00)1(f c V f r +++

=, 远离声源运动时, 00

)1(f c V

f r --+=, 综合两式可以得到声速的计算公式为:00f f f V V c r r ?-+=

-

+-+

代入已知数据, s m f Hz

Hz s m s m c /7002.3383729137390/449.0/449.000=?--+=

又已知相关的不确定度为U f0=U f+=U f-=1Hz, U vr+=U vr-=0.002m/s

()()014629.022

222

22

000

=+++

-++???? ??=-+-+-

+-+r r vr vr f f f c V V U U f f U U f U c U U c0=4.9549=5m/s

声速的最终结果形式为:()s m c /53380±=

3. 由已知的声速测量物体(接收器)的运动速度

根据第二种多普勒效应的频率变化公式, 可以得到由变化后的频率计算运动速度的公式为:

???

?

??-=-+-+10/0/f f c V r , 其中V 为正表示接收器向声源移动, 反之表示远离声源移动

将采样数据的编号根据采样步长值改为采样时间t , 在列出V-f 的对应关系后, 可以得到以下这张 表现时间-频率-运动速度对应关系的t-f-V 表:

根据V-t 的对应关系, 可以画出两者的变化规律曲线。

为保证曲线的准确性, 以下使用Matlab 6.5作为计算工具, 通过傅里叶变换逼近, 来得到函数图像。 以下为计算过程的程序代码:

以t 为X 变量, V 为y 变量, 将数据输入程序中, x=[0 250 500 750 1000 1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250 5500

5750

6000

6250

6500

6750

7000

7250

7500

7750

7900]

y=[-0.19914301

-0.244402785 -0.27155865 -0.262506695 -0.23535083 -0.19914301 -0.10862346

-0.05431173 0.063363685 0.10862346 0.19914301 0.244402785 0.280610605 0.28966256

0.244402785 0.208194965 0.12672737 0.081467595 -0.03620782 -0.117675415 -0.171987145

-0.226298875 -0.262506695 -0.280610605 -0.244402785 -0.19914301 -0.16293519 -0.081467595

0.01810391 0.12672737 0.171987145 0.23535083 0.262506695]

使用函数拟合工具箱Curve Fitting Tools,以Fourier模拟(工具箱不提供三角函数拟合)得到以下的函数曲线:

可见图像明显地表达出了接收器的变速运动是水平简谐运动。

另外根据完整采样数据中得到的f的最大和最小值f max=37373Hz,f min=37309Hz

可以计算出接收器运动速度的最大和最小值分别为f max=0.299m/s,f min=-0.281m/s(数值最小),

f min’=0.010m/s(实际最小,但由于采样点不完全,该数据可能不准确)

讨论、建议与质疑:

1.马赫是怎样定义的?

马赫是相对速度单位,设在介质中(一般应为空气)的声速为c,某一物体的运动速度为v,则该物体运动的马赫数Ms=v/c。

或者说是飞行速度与当地音速的比值,简称M数,M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。

2.物体的运动速度跨越音速时,需要考虑什么问题?

在超越音速时,需要考虑的问题是音障。音障是一种物理现象,当物体(通常是航空器)的速度接近音速时,将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果,会造成震波的产生,进而对飞行器的加速产生障碍,而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。

以飞行器为例考虑音障带来的影响,当飞机的速度超过音速时,飞机前面的空气因来不及躲避而被紧密地压缩在一起,即空气机械振动波向前传播的速度小于飞机飞行的速度,堆聚成一层薄薄的波面——激波,激波后面,空气因被压缩,使压强突然升高,阻止了飞机的进一步加速,并可能使机翼和尾翼剧烈振颤。当飞行器从亚音速跨越到超音速时,则必须穿透这一空气屏障,在穿透的过程中,将同时承受巨大的气压力和激波造成的剧烈震荡,因此必须考虑的问题就是飞行器的结构和强度,能否承受高压和震荡而不发生解体;以及飞行器接近音速时跨越音速所需的推动力会有一个陡增,需要在设计推进器的时候考虑到这一点。

3.声波的多普勒效应的应用有:

医学上的超声波检测(借助超声波发射和流动的血液之间的多普勒效应),

交警利用多普勒效应来测量道路上行驶的汽车的速度,以检查其是否超速;

光波的多普勒效应应用有:

天文学上通过观察恒星光谱的红移和蓝移来判断恒星是在向我们靠近或者是远离。

4.体会、疑问与建议

实验中发现,本实验的实验仪设计合理,智能化程度较高,省去了很多原先很繁琐的操作和读数过程;但仍存在一些需要改进的地方,一是超声波的发射与接收头裸露在外,在实验中已受到实验人员身体的干扰,建议将这部分放置于透明的玻璃罩中而将调节手轮露出,可有效地减少外界干扰;二是测试架上的标尺刻字不明,加上金属反光,导致读取接收器的位置时有困难,且

不容易对准。另外存在的一个疑问是,第二个实验中的最大谐振频率是否指的发射频率与接收电路的频率达到最大耦合?为什么达到最大谐振频率时,示波器显示的波形会出现最大失真现象?

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多普勒效应综合实验 当波源和接收器之间有相对运动时,接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究,工程技术,交通管理,医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如:原子,分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽,称为多普勒增宽,在天体物理和受控热核聚变实验装置中,光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹,卫星,车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况,血液的流速等。电磁波(光波)与声波(超声波)的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应,又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器,研究物体的运动状态。 【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,查看V-t关系曲线,或调阅有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,可研究: ①自由落体运动,并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。 ②简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较。 ③匀加速直线运动,测量力、质量与加速度之间的关系,验证牛顿第二定律。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 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,以光电门测量物体的运动速度,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,由微处理器按(3)式计算出接收器运动速度,由显示屏显示V-t关系图,或调阅有关测量数据,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。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中,接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上,导线的存在对运动状态有一定影响,导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射,固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后,再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速,远远大于声速,它引起的多谱勒效应可忽略不计。采用此技术将实验中运动部分的导线去掉,使得测量更准确,操作更方便。信号的调制-发射-接收-解调,在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。

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多普勒效应实验报告 学院化学与生物工程学院班级化学1701 学号姓名 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1、了解多普勒效应原理,并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。 2、利用多普勒效应,研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系,以及机械 能转化的规律。 实验仪器 ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。 二、实验原理 (要求与提示:限400字以内,实验原理图须用手绘后贴图的方式) 1、声波的多普勒效应 当声源相对介质静止不动时,声波的频率f0,波长λ0以及波速U0表示为 f0=U0/λ0 则观测频率f、观测波长λ和观测波速U的关系 f=U/λ 当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0,则 f=(U0+V0)/λ0 联立,得f=(U0+V0)/λ0=(f0λ0)/λ0=(1+V/U0)f0 当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0,则 f’=U’/λ’=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f 当声源与接收器运动如图时 f=(U0+V1COSθ1)/( U0-V2 COSθ2) 2、马赫锥 a=arcsin(U0/V0)=arcsin(1/M) U0为波速,V为飞行器速率,a为马赫角,M为V/U0马赫数

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多普勒效应综合实验

多普勒效应综合实验 【引言】 当波源和接收器之间有相对运动时,接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究,工程技术,交通管理,医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如:原子,分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽,称为多普勒增宽,在天体物理和受控热核聚变实验装置中,光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹,卫星,车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况,血液的流速等。电磁波(光波)与声波(超声波)的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应,又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器,研究物体的运动状态。 【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,查看V -t 关系曲线,或调阅有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,可研究: (1)自由落体运动,并由V -t 关系直线的斜率求重力加速度。 (2)简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较。 (3)匀加速直线运动,测量力、质量与加速度之间的关系,验证牛顿第二定律。 (4)其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 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: 2 21 10cos -cos ααV u V u f f +? = (1) 式中f 0为声源发射频率,u 为声速,V 1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,V 2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(如图1)。 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(α=0)以速度V 运动,则从(1)式可得接收器接收到的频率应为: ?? ? ??+?=u V f f 10 (2) 当接收器向着声源运动时,V 取正,反之取负。

大工18春金工实习一实验报告及要求

https://www.wendangku.net/doc/9312223970.html, ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 《金工实习(一)》实验报告及要求 学习中心:姓名: 1.请简述根据所起的作用不同,切削运动可分为哪两种运动。 答: 2.请简述卧式铣床的组成及其作用。 答: 3.请简述牛头刨床的组成及作用。 答: 4.刨床主运动是什么? 答: 5.平面磨床的组成及其作用有哪些? 答: 6.外圆磨床的组成及其作用有哪些? 答: 7.请简述Z412型台式钻床的工作特点。 答: 8.麻花钻的结构包括哪些? 答: 9.扩孔钻的特点有哪些? 答: 10.攻螺纹要点包括哪些? 答: 11. 学习心得 为区分实验报告是否独立完成,请写些自己对该实验课程的想法或者学习心得。 实验报告要求 一、课程考核形式 本课程的考核形式为离线作业(实验报告),无在线作业和考试。“离线作业

https://www.wendangku.net/doc/9312223970.html, ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 及要求”在该课程的“离线作业”模块中下载。 二、离线作业要求 请根据课件中的操作及实验结果来认真填写实验报告,并提交至课程平台,学生提交的实验报告作为本课程考核的依据,未提交者无成绩。 《金工实习(一)》实验报告由车床的组成及调整、铣床的组成及铣削平面的方法、牛头刨床的组成及调整、磨床及磨削加工、钻床及钻孔加工方法、扩孔、锪孔及铰孔加工方法、螺纹的加工七个独立的部分构成,学生需要完成实验报告的全部内容。 三、离线作业提交形式 学生需要以附件形式上交离线作业(附件的大小限制在10M以内),选择已完成的作业,点“上交”即可。如下图所示。 四、离线作业批阅 老师会在作业关闭后集中批阅离线作业,在离线作业截止提交前不进行任何形式的批阅。 注意事项: 独立完成实验报告,不准抄袭他人或者请人代做,如有雷同,成绩以零分计!

多普勒效应综合实验报告及数据处理图

多普勒效应综合实验 (附数据处理图) (注:由于上传后文库中数据图看不清楚,须下载后才能看清楚) 当波源和接收器之间有相对运动时,接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究,工程技术,交通管理,医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如:原子,分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽,称为多普勒增宽,在天体物理和受控热核聚变实验装置中,光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹,卫星,车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况,血液的流速等。电磁波(光波)与声波(超声波)的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应,又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器,研究物体的运动状态。 【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,查看V-t关系曲线,或调阅有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,可研究: ①匀加速直线运动,测量力、质量与加速度之间的关系,验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动,并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 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,以光电门测量物体的运动速度,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,由微处理器按(3)式计算出接收器运动速度,由显示屏显示V-t关系图,或调阅有关测量数据,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。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中,接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上,导线的存在对运动状态有一定影响,导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射,固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后,再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速,远远大于声速,它引起的多谱勒效应可忽

大工19秋《电机与拖动实验》实验报告

网络教育学院电机与拖动实验报告 学习中心:汕头市知纳培训中心奥鹏学习中心层次:专升本 专业:电气工程及其自动化 学号: 学生: 完成日期: 2020年03 月01 日

实验报告一 实验名称:单项变压器实验 实验目的:1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目:1、空载实验测取空载特性Uo=F(uo), P=F(uo) 2、短路实验测取短路特性Yk=F(Ik), PK=F(I) 3、负载实验保持U I =U1u1,cosφ2=1的条件下,测取U2=F(I2)(一)填写实验设备表

(二)空载实验 1.填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗Fe P 、励磁电阻m R 、励磁电抗m X 、电压比k

(三)短路实验 1.填写短路实验数据表格 O (四)负载实验 1. 填写负载实验数据表格 (五)问题讨论 1. 什么是绕组的同名端? 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关? 尽可能避免因万一连线错误而造成短路,烧毁电源。

3. 实验的体会和建议 体会:通过实验我对变压器的参数有了进一步的认识和理解,对变压器的特性有了更具体深刻的体会,同时学会了在实验室应根据需要正确选择各仪表量程保护实验设备。 建议:数据的处理只用表格来进行了,显得比较粗糙,可以用图表来处理,结果会更直观。

实验报告二 实验名称:直流发电机实验 实验目的:掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性,并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能 实验项目:空载特性外特性调整特性 (一)填写实验设备表

多普勒声速实验--实验报告

DH-DPL系列多普勒效应及声速综合实验 实验报告 一:实验目的 多普勒效应是一种与波动紧密相关的物理现象.利用多普勒效应可以测量运动物体的速度,但目前许多高校使用的多普勒效应实验仪集成化和智能化程度太高,实验时需要学生动手操作的环节太少;信号的转换、传输和处理过程不透明,不利于学生在实验过程中细致观察各种物理现象,分析测量误差的来源等,难以满足深入培养学生自主动手能力和观察分析能力的需要.本实验以商用超声多普勒实验系统(杭州大华DH -DPL1)的导轨模块作为开发平台,以模拟乘法器作为测量系统的核心单元;实验过程中学生需自行搭建信号拾取和处理电路,并利用示波器观察各个环节的信号波形,有助于培养学生得动手能力,并加深对多普勒效应及对模拟电子实验的理解。 二: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,接收器收到的信号频率f为: f = f0 (u + v1 cosα1 ) / (u - v2 cosα2 ) (1) 式中f0为声源发射频率, u为声速, v1 为接收器运动速率, v2 为声源运动速率,α1 是声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角,α2 是声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角. 在实验过程中,声源保持不动,接收换能器在导轨上沿声源与接收换能器连线方向上运动,则从式(1)可以得到接收换能器上得到的信号频率为: f = f0 (1 + v/u) (2) 式中v为接收换能器的运动速度,当向着声源运动时, v取正,反之取负.利用式(2)可以得到接收换能器的运动速度为:

v = u(f - f0 ) /f0 = uΔf/f0 ………..(3) 式中Δf = f - f0为多普勒频移. 在本研究中,采用的信号处理电路如图1所示, 其中模拟乘法器采用了AD633,其信号的输入输出 关系为: W =(x1 - x2 ) (y1 - y2 )/10+ z (4) 若输入到AD633的信号为x1 = E1 cos(2πf0 t +φ1 ) , y1 = E2 cos(2πft +φ2 ) , x2、y2 以及z均接地,则AD633的输出为: W =E1 E2{cos[2π(f + f0 ) t +φ2 +φ1 ] /20+cos[2π(f - f0 ) t +φ2 -φ1 ]} (5) 其中包含了两路信号的和频分量与差频分量. 利用低通滤波器可以提取出其中的差频分量,即多普勒频移,从而计算出接收换能器的运动速度. 在实际测量过程中,由于接收换能器与声源(发射换能器)的距离在不断变化过程中,因此接收换能器输出信号的幅度不是恒定值. 为了保证乘法器的输出信号幅度稳定,本研究中采用OA1组成的限幅放大电路,使输入到乘法器的信号幅度保持恒定值,以便于观察.因为本实验中只关心输出信号的频率,因此对接收换能器输出信号幅度的处理不会影响到实验结果.利用OA2构建的有源低通滤波器,可以有效提取出多普勒频移信号.

多普勒效应测量超声声速

北京航空航天大学 物理研究性实验报告 实验项目名称: 对多普勒效应测量超声声速实验的扩展 多普勒效应测量超声声速 摘要:本实验通过学习多普勒效益的相关原理,利用BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪测量超声声速,结合光电门测速的方法验证多普勒超声测速仪测量小车速度的精准程度。在本次试验报告中,将探讨多普勒勒效应试验数据的误差分析;将对试验仪器进行改进;利用多普勒超声测速仪进行更多实验的操作。

一、实验重点: (1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用; (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用; (3)熟悉数字示波器的使用。 二、仪器相关原理简介与相应计算: 在无色散情况下,波在介质中的传播速度是恒定的,不会因波源运动而改变,也不会因观察者运动而改变。但当波源(或观察者)相对介质运动时,观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁,有火车高速经过时,汽笛声会由高亢变得低沉,就是这个缘故。如果观察者运动,而火车静止,也有类似的现象。这种由于波源或观察者(或两者)相对介质运动而造成的观察者接收频率发生改变的现象,称为多普勒效应。 (一)实验原理: 多普勒超声测速仪是一套综合性的超声测速仪器,该仪器利用多普勒频移效应实现对运动物体速度的测量,并可与光电方式测速进行比较。实验装置如图1所示,电机与超声头固定于导轨上面,小车可以由电机牵引沿导轨左右运动,超声发射头与接收头固定于导轨右端,若超声发射频率为接收回波频率为f,超声波在静止介质中传播速度为u,小车运动速度为v(向右为正)。 依据多普勒频移公式,回波频率、多普勒频移和小车运动的速度分别为: 由于电路中不能表征负频移(即不论靠近还是远离超声头Δf恒为正),所以在该系统中采用了标量表示(Δf不区分正负,以靠近或远离超声头进行标识)。

大连理工大学1993年物理化学及物理化学实验考研真题

1大连理工大学一九九三年硕士生入学考试物理化学及物理化学实验试题 一、是非题(包括5小题,每小题2分,共10分)。以下各小题你认为正确的用“+”号,错误的用“-”号,填入各小题前的括号内: ()1、对于气体,在高于其临界温度的条件下,无论加多大压力都不会使其液化。 ()2、(C≠B)既是偏摩尔量,又是化学势。 ()3、催化剂的加入,可以改变反应的Δr G m 。 ()4、弯曲液面产生的附加压力与表面张力成反比。 ()5、能量零点选择不同,对分子配分数无影响。 二、填空题(包括7小题,1-5每小题2分,6-7每小题3分,共16分)在以下各小题中画有横线处填入答案: 1.热力学第二定律的经典表述之一为________________________ _______________,其数学表述式为_____________。 2.胶体分散系统,分散质(或分散相)的颗粒大小介于____nm 之间。 3.若炮化学反应的量子效率φ>1,表明_______________________ ______________。 https://www.wendangku.net/doc/9312223970.html,ngmuir 单分子层吸附理论的基本假设为(i )_________________,(ii ) _____________,(iii)___________________,(iv )____________。由此推导出的吸附等温式为θ=________。 5.热电偶的温差电势与热电偶的______无关,而与两个接点的______有关。 6.测定电解质溶液的电导率K 与摩尔电导率Λm 时,实验中所用的仪器设备有:(i )____ _______(ii )___________(iii)_____________。 7.贝克曼温度计上的最小刻度是____℃,可以估读到____℃,整个温度计刻度范围是 ____℃或____℃,它只能用于测______,而不能测_______。 三、计算题(不要求写出运算过程,只需将计算结果填入相应的空白处)(共19分): 1、(12分)试计算给定的理想气体反应:A(g)+B(g)=L(g)+M(g)的以下结果: (1)已知298K 时: A(g)+4B(g)=C(g)+2L(g)(i) Δr G i θ=-112.60kJ·mol -1 2B(g)+E(g)=2L(g)(ii)

大工15秋《金工实习(二)》实验报告

网络高等教育《金工实习(二)》实验报告 学习中心:鞍山奥鹏学习中心 层次:专升本 专业:机械设计制造及其自动化 年级: 15年秋季 学生姓名:张志国

1.车床安装工件时,注意事项有哪些? 答:答:车床安装工件时,注意事项如下: (1).只要满足加工要求,应尽量减少工件悬伸长度; (2)工件要装正夹牢; (3)夹紧工件后随手取下三爪扳手,以免开车后飞出伤人; (4)安装大工件时,卡盘下面要垫木板,以免工件落下,砸坏床身导轨 2.请简述车床在车削中试切的意义。 答:答:刻度盘和丝杠的螺距均有一定误差,往往不能满足精车尺寸精度的要求,在单件小批生产中常采用试切的方法来保证尺寸精度。 3.请简述三面刃铣刀及立铣刀的特点及使用场合。 答:三面刃铣刀:在其圆周和两个端面上均有刀齿。由于三面刃铣刀的结构特点。它可以在工件上同时铣削2-3个表面。立铣刀:在它的圆周及端部,有若干刀齿。套式立铣刀:对于直径较大的立铣刀一般采用空心结构。又称套式立铣刀。键槽铣刀:其端部为两个刀刃。它可以在工件上直接加切深。键槽铣刀一般安装在立式铣床或键槽铣床上。锯片铣刀通常安装在卧铣上。还有一些铣刀,专门加工一些特型沟槽。这些铣刀刀刃部分的轴面形状与被加工的沟槽截面吻合。 4.请简述刨床刨削T型槽的步骤。 答:刨床刨削T型槽的步骤:第一步:刨削顶面。第二步:换上切刀,按加工线刨直槽。第三步:换上右弯头刀,刨右凹槽,回程时抬刀要高于工件,使刨刀从槽外退回,以免损坏刨刀。这一点与刨平面不同。第四步,换上左弯头刀,刨左凹槽,工件进给方向与刨右凹槽相反。

5.请简述砂轮和砂轮的组成。 答:砂轮是磨削的切削工具,是由许多细小磨粒结合剂粘接而成的一种多孔物体。磨粒、结合剂和气孔是砂轮结构的三要素。磨粒起切削作用,结合剂起连接作用,气孔起形成切削刃,容纳屑沫,散热冷却的作用。根据磨料不同,常用的有刚玉类及氧化铝砂轮和碳化硅类砂轮。 6.请简述磨削加工范围。 答:磨削加工范围:磨平面、磨外圆、磨内圆外、磨螺纹、磨齿形、磨花键等磨削加工属于精加工,其主要特点是: (1)可获得较高的尺寸精度; (2)可获得较小的表面粗糙度Ra值; (3)可加工高硬度的工件材料,如:淬硬钢、硬质合金和玻璃等。但一般不宜加工韧性较大 的有色金属。 7.请简述微机数控线切割机床加工工件的操作流程。 答:微机数控线切割机床加工工件的操作流程如下: 1、根据零件形状和尺寸进行编程,自动编程机具有键盘输入、数据显示、屏幕作图和纸带穿孔等多种功能,可大大提高编程效率。 2、穿孔纸带输入机将编好的加工程序自动输入计算机。 3、将穿好钼丝的工件安装在工作台上:加工具有内封闭几何图图形的工件时,需要在工件加工部位,首先钻一个工艺,以便钼丝从孔中传入。 4、调整好机床和放电参数。 5、进行线切割加工。

大连理工大学 《模拟电子线路实验》实验报告

网络高等教育 《模拟电子线路》实验报告 学习中心:咸阳远程网络教育学校奥鹏学习中心 层次:高中起点专科 . 专业:电力系统自动化技术 . 年级: 2015 年春季 . 学号 161586128155 . 学生姓名:惠伟 .

实验一常用电子仪器的使用 一、实验目的 1.了解并掌握模拟电子技术实验箱的主要功能及使用方法。 2.了解并掌握数字万用表的主要功能及使用方法。 3.学习并掌握TDS1002 型数字存储示波器和信号源的基本操作方法。 二、基本知识 4.简述模拟电子技术实验箱布线区的结构及导电机制。 答:模拟电子技术试验箱布线区:用来插接元件和导线,搭建实验电路。配有2 只8 脚集成电路插座和 1 只14 脚集成电路插座。结构及导电机制:布线区面板以大焊孔为主,其周围以十字花小孔结构相结合,构成接点的连接形式,每个大焊孔与它周围的小孔都是相通的。 5.试述NEEL-03A型信号源的主要技术特性。 答:NEEL-03A 型信号源的主要技术特性: ①输出波形:三角波、正弦波、方波、二脉、四脉、八脉、单次脉冲信号; ②输出频率:10Hz~1MHz 连续可调; ③幅值调节范围:0~10VP-P 连续可调; ④波形衰减:20dB、40dB; ⑤带有 6 位数字频率计,既可作为信号源的输出监视仪表,也可以作外侧频率计用。 注意:信号源输出端不能短路。 6.试述使用万用表时应注意的问题。 答:应注意使用万用表进行测量时,应先确定所需测量功能和量程。确定量程的原则: ①若已知被测参数大致范围,所选量程应“大于被测值,且最接近被测值”。 ②如果被测参数的范围未知,则先选择所需功能的最大量程测量,根据初测结果逐步把量程下调到最接近于被测值的量程,以便测量出更加准确的数值。如屏幕显示“1”,表明已超过量程范围,须将量程开关转至相应档位上。

【大学物理实验】 温度传感技术 实验报告

大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 姓 名 学号 实验台号 实验时间 年 10 月 27 日,第10周,星期 一 第 5-6 节 实验名称 温度传感技术 教师评语 实验目的与要求: (1) 了解P-N 结和AD590温度传感器的电路结构及工作原理。 (2) 学会测量P-N 结和AD590温度传感器的温度特性。 实验原理和内容: 1. P-N 结测温元件工作原理及温度特性测试电路 根据半导体物理的理论, 流过晶体管P-N 结的电流I 和其两端的电压V 满足一下指数关系 ]1)/[ex p(0-=kT qV I I 式中, q 为电子电量; k 为波尔兹曼常量; T 是结温(用热力学温标), 因此晶体管P-N 结伏安特性随温度变化如下图所示:

(1) P-N 结伏安特性测试电路。如图2 所示, 图中所示V 1 即为作用在P-N 结两端的电压值, V 0 值除以取样电阻R f (1KΩ)后得到流经PN 的电流大小。 (2) P-N 结温度特性测试电路。 即P-N 结电压随温度变化的电压跟随器 电路如图3 所示。 当 把一个阻值为R c 的负载电阻与P-N 结串联后, 接至电压值为V c 的外加电压时, P-N 结的电压随温度的变化情况就可由P-N 结伏安特性和与R 有关的负载线的交点对应的电压值所确定。 2. AD590 集成温度传感器工作原理及温度特性测试电路 AD590 是一种输出电流与温度成正比的集成温度传感器, 其内部电路结构复杂, 故此略去 根据参考文献推导, 在电源电压的作用下, 该电路总的工作电流I 0 为 ) (8 ln 3560R R q kT I -= 式中, k 为波尔兹曼常量, q 为电子电量, T 为被测温度(绝对温度值), 在制作过程中, 精 图2 图3

多普勒效应综合实验

多普勒效应综合实验 当波源和接收器之间有相对运动时,接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究,工程技术,交通管理,医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如:原子,分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽,称为多普勒增宽,在天体物理和受控热核聚变实验装置中,光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹,卫星,车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况,血液的流速等。电磁波(光波)与声波(超声波)的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应,又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器,研究物体的运动状态。 【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,查看V-t关系曲线,或调阅有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,可研究: ①自由落体运动,并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。 ②简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较。 ③匀加速直线运动,测量力、质量与加速度之间的关系,验证牛顿第二定律。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 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,以光电门测量物体的运动速度,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,由微处理器按(3)式计算出接收器运动速度,由显示屏显示V-t关系图,或调阅有关测量数据,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。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中,接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上,导线的存在对运动状态有一定影响,导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射,固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后,再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速,远远大于声速,它引起的多谱勒效应可忽略不计。采用此技术将实验中运动部分的导线去掉,使得测量更准确,操作更方便。信号的调制-发射-接收-解调,在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。

大连理工大学884物理化学及物理化学实验专...考研内部资料

考研专业课系列辅导之 大连理工大学 884物理化学及物理化学实验 强化讲义 全国考研专业课教研中心编 光华职业教育咨询服务有限公司

目录 第一部分强化阶段的“一个目标两项任务” (3) 第二部分强化课程主讲内容 (4) 第一章化学热力学基础 (4) 第二章相平衡热力学 (8) 第三章相平衡状态图 (10) 第四章化学平衡热力学 (17) 第五章统计热力学初步 (20) 第六章化学动力学基础 (21) 第七章界面层的热力学及动力学 (28) 第八章电解质溶液 (29) 第九章电化学系统的热力学及动力学 (31) 第十章胶体分散系统及粗分散系统 (36) 第十一章物理化学实验 (38) 第三部分历年真题解析 (39) 3.1大连理工大学884物理化学及物理化学实验2010年真题解析 (39) 3.2大连理工大学884物理化学及物理化学实验2009年真题解析 (39) 3.3大连理工大学884物理化学及物理化学实验2008年真题解析 (41) 3.4兄弟院校试题练习 (41) 第四部分结束语 (83)

第一部分强化阶段的“一个目标两项任务” 专业课强化阶段学习时间是9月初至11月初,通过该阶段的学习,学员要达到“一目标”完成“两任务”。 “一个目标”是指做专业课真题自我模拟成绩达到最少120分。得到这个分数,说明学员已经全面掌握了目标学校的考研基础知识点。 “两项任务”是指掌握教材知识点,研究真题并总结思路。具体如下: 强化阶段任务一:在认真学习完考研专业课公用知识点的基础上,扩展并掌握目标院校目标专业的考研知识点,完成强化、巩固过程,并逐步建立清晰的知识框架图,形成学员自有的知识体系,具体步骤如下 (1)通识教材 针对指定教材,毫无遗漏的将教材的章节知识点、例题及习题,仔细完整的进行一遍自学,并对把握不准的知识点做好标记; (2)阅读讲义 在听课前,先自学一遍强化班讲义,在自学过程中,将讲义中涉及到的知识点标记在教材中。 如果同学还没有完成前面两步,我建议你暂时不要听课,先完成以上两个步骤,然后再听课,这样效果甚佳。切记,基础最关键最重要; (3)细听课程 为保证听课质量,建议同学在听课过程中,关闭各种聊天工具,集中精力细听强化班网络课程,并详细做笔记。若在听课过程中记笔记的速度赶不上老师讲课的速度,可以手动暂停课程。 强化阶段任务二:科学的拆分真题,通过对比分析,掌握常考的重要知识点,并归纳出命题规律,把握考试方向。具体步骤如下 (1)拆分真题 (2 分析对比每年的考研知识点,通过考察频率、分值大小辨别出必考知识点、常考知识点,从而把握复习的重点内容,指导考研复习;同时了解知识点的考查形式,寻找命题规律,总结答题技巧,提高答题准确性。 (3)整合兄弟院校真题进行练习 “兄弟院校”是指同一档次不同专业相同初试考试书目的高校。兄弟院校真题的重要性体现在考试内容的重复性、考试形式的多样性,更有助于帮助你从不同角度加深理解专业课知识点。尤其是对于不提供真题的一些院校,兄弟院校的真题就成为了含金量最高的实战性练习题。

多普勒综合实验报告

四川理工学院实验报告 成绩 学号:11101030233 班级:网络工程一班 实验班编号: 姓名:赵鸿平 实验名称: 多普勒效应综合实验 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,查看V-t关系曲线,或 调阅有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,可研究: ①匀加速直线运动,测量力、质量与加速度之间的关系,验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动,并由V-t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较 实验仪器: 多普勒效应综合实验仪由实验仪 实验原理: 1、超声的多普勒效应 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,以光电门测量物体的运动速度,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,由微处理器按(3)式计算出接收器运动速度,由显示屏显示V-t关系图,或调阅有关测量数据,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。 数据记录:(要求在实验前画出实验表格) 实验步骤 1. 自由落体运动验证牛顿第二定律:

多普勒效应实验

实验报告 多普勒效应综合实验 物理科学与技术学院 13级弘毅班 20 吴雨桥 【实验目的】 1.利用超声接收器运动速度与接收频率的关系验证多普勒效应并求声速。 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,得出物体在运动过程中的速度变化情况,借此研究: (1) 简谐振动。可测量其振动周期等参数,并与理论值比较。 (2) 自由落体运动。可以由v-t 关系直线的斜率求重力加速度。 (3) 匀加速直线运动。测量力、质量与加速度的关系,验证牛顿第二定律。 【实验原理】 1. 超声的多普勒效应。 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,如右 图所示。则接收器接收到的频率f 为 11022 cos cos u V f f u V αα+= - (1) 其中u 为声速,f 0为声源发射频率。 若声源保持不动,运动物体上的接收器向声源方向以速度V 运动,测接收器接收到的频率f 为

01V f f u ??=?+ ??? (2) 当接收器向声源运动时,V 取正;反之取负。 若保持f 0不变,以光电门测量物体的运动速度,并由仪器对接收器接收到的频率自动计数,由(2)式知,作f-V 图可以验证多普勒效应,并由实验点做直线,其斜率k=f 0/u ,由此可以计算声速u=f 0/k 。 也可以由(2)解出01f V u f ?? =- ??? ,若已知声速u 及声源频率f 0, 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,由微处理器按照上式算出接收器运动速率,由显示屏显示v-t 图像,并调阅相关数据,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。 2. 研究简谐振动 当质量为m 的物体受到大小与位移成正比,而方向指向平衡位置的力的作用时,若以物体的运动方向为x 方向,则运动方程为22d x m kx dt =-,该式描述的即为简谐振动。当初始条件为t=0时,x=-A 0,V=dx/dt=0,则运动方程的解为00cos x A t ω=- ,对时间求导,可得 速度方程000sin V A t ωω= 其中0ω=为振动系统的固有角频率。 在实验中,若忽略空气阻力由胡克定律,则k 为弹簧劲度系数。 3. 研究自由落体 研究物体在自由落体过程中的速度。并由其变化求出加速度,即为重力加速度。

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