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：

（1）设定好实验仪器为实验做准备；

（2）按“确认”后，磁铁释放，接收器组件拉动砝码作垂直方向的运动。测量完成后，显示屏上出现测量结果。

（3）在结果显示界面中用 键选择“返回”，“确认”后重新回到测量设置界面。

按以上程序进行新的测量。

于matlab7.14对实验数据进行处理

T=0.1:0.05:0.4;%将时间区间设置为向量

V1=[0.74 1.23 1.7 2.21 2.68 3.18 3.64];

V2=[0.72 1.17 1.65 2.18 2.65 3.13 3.61];

V3=[0.76 1.25 1.71 2.24 2.73 3.21 3.66];

V4=[0.71 1.19 1.64 2.17 2.66 3.15 3.62];%J将实验获得的速度数据列为矩阵cftool%运用拟合工具箱对实验数据进行拟合拟合结果分别如下截图所示

x=0.1:0.05:0.4;

y1=9.707*x-0.2682;

y2=9.7*x-0.2279;

y3=9.764*x-0.2782;

y4=9.743*x-0.2129;%由拟合数据列得拟合函数

subplot(221)%以下为拟合函数与实验数据的绘图

plot(x,y1, T,V1,'r*')

axis([0.1 0.4 0.5 3.7] )

legend('拟合曲线','实验数据点','location','best') title('第一次实验数据')

xlabel('时间t/s')

ylabel('时间点出速度v(m/s)')

subplot(222)

plot(x,y2,T,V1,'k*')

axis([0.1 0.4 0.5 3.7] )

legend('拟合曲线','实验数据点','location','best') title('第二次实验数据')

xlabel('时间t(s)')

ylabel('时间点出速度v(m/s)')

subplot(223)

plot(x,y3 ,T,V1,'m*')

axis([0.1 0.4 0.5 3.7] )

legend('拟合曲线','实验数据点','location','best') title('第三次实验数据')

xlabel('时间t(s)')

ylabel('时间点出速度v(m/s)')

subplot(224)

plot(x,y4 ,T,V1,'b*')

axis([0.1 0.4 0.5 3.7] )

legend('拟合曲线','实验数据点','location','best') title('第四次实验数据')

xlabel('时间t(s)')

ylabel('时间点出速度v(m/s)')

g=[9.707 9.7 9.764 9.743];

averG=sum(g)/4 %g的平均值

averG =9.7285

g=[9.707 9.7 9.764 9.743];

g0=9.793;

k=(g0-g)/g0 %获得试验数据百分误差

k =0.0088 0.0095 0.0030 0.0051

误差分析：

1.电流值选择过小对实验影响很大