用多普勒效应研究应用物体运动.doc

多普勒效应研究物体运动设计与实现
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摘要：当波源和接受器之间有相对运动时，接受器接受到波频率与波源发出频率不同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，医疗诊断等各方面均有十分广泛应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸取光谱线变宽，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重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目的速度监测。在医学上运用超声波多普勒效应来检查人体内脏活动状况，血液流速等。电磁波（光波）与声
波（超声波）多普勒效应原理是一致。
本实验既可研究超声波多普勒效应，又可运用多普勒效应将超声探头
作为运动传感器，研究物体运动状态。
核心词：多普勒效应 牛顿第二定律 简谐振动
引言
多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名，她于1842年一方面提出了这一理论。重要内容为：物体辐射波长由于波源和观测者相对运动而产生变化。在运动波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移 blue shift）；当运动在波源背面时，会产生相反效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移 red shift）。波源速度越高，所产生效应越大。依照波红（蓝）移限度，可以计算出波源循着观测方向运动速度。恒星光谱线位移显示恒星循着观测方向运动速度。除非波源速度非常接近光速，否则多普勒位移限度普通都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。
多普勒效应不但仅合用于声波,它也合用于所有类型波，涉及电磁波。科学家爱德文·哈勃（Edwin Hubble）使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀结论。
多普勒效应指出，波在波源移向观测者时接受频率变高，而在波源远离观测者时接受频率变低。当观测者移动时也能得到同样结论。
【实验任务】
，由V-t关系直线斜率求重力加速度。
，测量简谐振动周期等参数，并与理论值比较，验证机械能守恒定律。
，测量力、质量、加速度之间关系，验证牛顿第二运动定律。
【实验仪器】
整套仪器由实验仪，超声发射/接受器，导轨，运动小车，支架，光电门，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码等构成。
【实验内容】
研究匀变速直线运动，验证牛顿第二运动定律
实验原理：
质量为 M接受器组件，与质量为m砝码托及砝码悬挂于滑轮两端，运动系统总质量为 M＋m，所受合外力为 (M－m)g（滑轮转动惯量与摩擦力忽视不计）。
依照牛顿第二定律，系统加速度应为：
a = g (M－m) /（M＋m） (5)
采样结束后会显示 V－t曲线，将显示采样次数及相应速度记入表2中。由记录t ，V数据求得V－t直线斜率即为本次实验加速度a。将表1得出加速度a作纵轴，(M－m)/(M＋m)作横轴作图，若为线性关系，符合（5）式描述规律，即验证了牛顿第二定律，且直线斜率应为重力加速度。
仪器安装与测量