用多普勒效应研究物体运动.doc

多普勒效应研究物体运动的设计与实现
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摘要: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。
关键词: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)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为:物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高(蓝移 blue shift);当运动在波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低(红移 red shift)。波源的速度越高,所产生的效应越大。根据波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速,否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括电磁波。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的结论。
多普勒效应指出,波在波源移向观察者时接收频率变高,而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。
【实验任务】
,由V-t关系直线的斜率求重力加速度。
,测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较,验证机械能守恒定律。
,测量力、质量、加速度之间的关系,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/接收器,导轨,运动小车,支架,光电门,电磁铁,弹簧,滑轮,砝码等组成。
【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的接收器组件,与质量为m的砝码托及砝码悬挂于滑轮的两端,运动系统的总质量为 M+m,所受合外力为(M-m)g(滑轮转动惯量与摩擦力忽略不计)。
根据牛顿第二定律,系统的加速度应为:
a = g (M-m) /(M+m) (5)
采样结束后会显示 V-t曲线,将显示的采样次数及对应速度记入表2中。由记录的t ,V数据求得V-t直线的斜率即为此次实验的加速度a。将表1得出的加速度a作纵轴,(M-m)/(M+m)作横轴作图,若为线性关系,符合(5)式描述的规律,即验证了牛顿第二定律,且直线的斜率应为重力加速度。
仪器安装与测量准备
,让电磁阀吸