大学物理实验：实验3.6 应用多普勒效应测量声速

121.加深对多普勒效应的了解；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测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度。3002cos()fpptxcu 沿沿 x 轴正向传播的平面简谐声波的表达式为轴正向传播的平面简谐声波的表达式为物理意义：物理意义：t 时刻、时刻、x 处媒质质点的振动位移为处媒质质点的振动位移为p.(设声源在原点设声源在原点)u 但是，如果声源、接收器或传声介质有相对运动但是，如果声源、接收器或传声介质有相对运动时，将产生多普勒效应，使得在时，将产生多普勒效应，使得在x处接收到的声波处接收到的声波频率频率f 与声源的振动频率与声源的振动频率f0不相同。不相同。c0为声速为声速 当无多普勒效应时，上式中的声波频率当无多普勒效应时，上式中的声波频率f 就等于就等于声源的振动频率声源的振动频率f0.400000(1)rrrcvvfffccu 多普勒效应：多普勒效应：若只考虑接收器若只考虑接收器以速度以速度vr运动，而运动，而声源和介质不动，则接收到的频率为声源和介质不动，则接收到的频率为当接收器与声源相向运动时取当接收器与声源相向运动时取“+”号，此时接收频号，此时接收频率比声源频率增大；反之当两者背向运动时取率比声源频率增大；反之当两者背向运动时取“-”号，此时接收频率变小。号，此时接收频率变小。u 即：对于给定的即：对于给定的f0,由实验测出由实验测出fr，再由，再由c0 和和vr 中中的一个已知量的一个已知量即可得出另一个量。即可得出另一个量。0000/,/,rrcvffvcfffff u 由上式得出该实验的理论算式：由上式得出该实验的理论算式：5声速理论值算式0331.45 1273.16tc 式中式中 t 为室温，为室温，单位摄氏度单位摄氏度()。p 处理实验数据和估算误差时将用到声速理论值。处理实验数据和估算误差时将用到声速理论值。61.用瞬时法（瞬时多普勒效应法）测声速；用瞬时法（瞬时多普勒效应法）测声速；2.用已知声速测物体运动速度。用已知声速测物体运动速度。DH-DPL多普勒效应及声速综合测试仪、示波器。多普勒效应及声速综合测试仪、示波器。7改变运行方向改变运行方向运行和停止运行和停止速度设定速度设定速度增减速度增减超声波发生器超声波发生器(固定固定)超声波接收器超声波接收器(运动体运动体)光电门光电门滚花螺帽滚花螺帽复位钮复位钮仪器简介仪器简介8910一一调谐，并记录谐振频率调谐，并记录谐振频率f0.u 调谐之前，先将接收器移动到导轨右端调谐之前，先将接收器移动到导轨右端75cm左右。左右。11记录该谐记录该谐振频率振频率f0,按确认键按确认键返回。返回。调谐步骤调谐步骤按左右键增减按左右键增减频率，使接收频率，使接收信号振幅达最信号振幅达最大。调谐完成大。调谐完成.12调谐步骤总结调谐步骤总结1.把接收器移动到导轨上把接收器移动到导轨上75cm左右。左右。2.选择进入选择进入“多普勒效应实验多普勒效应实验”子菜单，切换到子菜单，切换到“设置源频率设置源频率”。按仪器的增、减按钮键以增。按仪器的增、减按钮键以增减信号频率，同时观察示波器，当接收波（示减信号频率，同时观察示波器，当接收波（示波器中波器中Y波）的振幅出现最大值时，说明达到波）的振幅出现最大值时，说明达到谐振谐振;3.选择选择“动态测量动态测量”项，应看见显示的项，应看见显示的“源频率源频率”和和“测量频率测量频率”相等，而且改变接收器位置时相等，而且改变接收器位置时也保持不变。也保持不变。4.记录该调谐好的谐振频率记录该调谐好的谐振频率 f0.13调谐完成后按下面步骤测声速：调谐完成后按下面步骤测声速：声速声速 其中其中0(m/s)(m/s)(Hz)(m/s)(Hz)(m/s)(Hz)(m/s)rrrrrvvffvffvfc正正正反反反0000|-|,|-|,()/2()/2,/rrrrrfffffffffvvvcfvf 正正正反反反正反00rcc0.1500.1770.2350.2820.36715变速运动实验操作步骤变速运动实验操作步骤长按此键长按此键再按运行键再按运行键变速运动状态显示画面变速运动状态显示画面16按此键选数据项按此键选数据项选选n=5的整数倍读数并记录的整数倍读数并记录直至直至17数据测量及记录 (ms)(Hz)(m/s)ntfv1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 60 65 70 75 80 85 90 95 100 1052750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 1600 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 25005500 5750 6000 6250 6500 6750 7000 7250 7500 7750 8000 (ms)(Hz)(m/s)ntfv (ms)(Hz)(m/s)ntfv说明：说明：(采样步距采样步距)。例如：。例如：(初始初始););00(/)1vcff运动速度运动速度v的算式：的算式：1,0 5,250ntnt 50tn