多普勒超声测速实验

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多普勒声速实验-实验报告

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.三：实验仪器本研究所使用的机械平台是杭州大华出品的DH-DPL1多普勒效应实验仪的导轨. 在该装置中,超声发射换能器固定于导轨一端,接收换能器则安装在由步进电机控制的小车上,可以在接收与发射换能器连线方向上做匀速直线运动,运动速度最高可达47 cm /s. 在靠近导轨两端处有限位开关,用于防止小车运动时出现过冲. 在导轨中段则有一光电门,可用于检测固定在小车上的U型挡光片的速度,从而与利用超声多普勒方法测到的小车运动速度比对,验证多普勒效应的公式. 本设计方案中使用的主要观察和测量工具是数字存储示波器. 使用这种示波器的主要原因是因为在实验过程中,小车的运动距离及时间有限,必须在其运动过程中及时将有关的信号波形储存,以便进行分析计算.本实验中采用了Tektronix m TDS1002B数字示波器,而超声发射换能器的激励信号则来自Agilentm 33220A数字信号发生器.四：试验内容及操作步骤1，按图示电路图连接电路，将示波器调至正常工作状态；2，检查电路，接通电源，调节输入信号的频率，使发射信号与接收信号发生谐振，记录此时的信号频率，约为37kHz；3，调节小车的速度，使小车在轨道上运动，用数字采集卡记录输出信号的波形；4，在电脑上处理信号，读出多普勒频移Δf及小车经过光电门挡板时的时间t1和t2；5，对原始数据进行列表，分别利用多普勒公式和光电门实验计算小车的速度，进行比较，验证声波的多普勒公式。

多普勒超声测速实验

80% 靠近远离
光电门测得速度（m/s）
多普勒频移（HZ）
多普勒方式测得速度（m/s）
环境声速的测量 *表4：环境声速测量
路径长度（m）传播时间（ms）环境声速（m/s） 1.58
速度曲线绘制
▪ 该部分要求学生在测速仪上观察小车的匀速/加速运动过程，不需要记录处理数据。
▪ 请老师看一下绘制的曲线。
(3)熟悉数字示波器的使用。
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
实验系统原理框图
▪ 小车靠近超声头时速度公式：v f f0 u f u
f f0 2f0 f
▪ 小车远离超声头时速度公式：v f f0 u f u f f0 2f0 f
电机速度设置（%）
多普勒速度（m/s）
20% 靠近远离
40% 靠近远离
60% 靠近远离
80% 靠近远离
误差（m/s）
平均误差（m/s）
手动测量运动物体通过光电门处的速度
*表3：手动计算小车运动速度
电机速度设置（%）
20% 靠近远离
40% 靠近远离
通过光电门时间（ms）
60% 靠近远离
多普勒超声测速实验
多普勒效应
由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应.
奥地利物理学家多普勒（1803——1853）
五、多普勒效应的应用：
警察用多普勒测速仪测速
超声多普勒效应测血流速
实验目的
(1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用；

超声多普勒效应测速实验的设计

Ｄｅｉｎｔｏｆｖｌｃｔａｕｅｎｘｅｉｎｓｇａｉｎｏｅｏｉｍｅｓｒｍｅｔｅｐｒｍｅｔｙ
ｂｓｄｏｌａｏｉｐｌｒＥｆｃａｅｎｕｔｓｎｃＤｏｐｅｆｔｒｅ
ＤＮｉｑａｇＩＮｉｊＥＧＬ— ｉ，ＬＡＧＹ－ｉｎ
勒效应测速的原理；三是利用实验室原有的仪器，设
计一套能完成多普勒效应测速实验的装置。一般开设基于多普勒效应的实验项目，要重新购置相应需的实验设备，包括复杂的机械系统及运动控制系统，费用较高Ｊ。本实验综合利用现有的声速测量实
（东石油化工学院理学院，广东茂名５５０）广２００
摘要：介绍了设计性实验——超声多普勒效应测速。该实验要求学生理解超声多普勒效应测速的原理，利
用气垫导轨实验仪器和声速测定实验仪器，设计出一套超声多普勒效应测速实验仪器，并利用该仪器测量实
置于一种富有探索和创造性的学习环境中，积极主动地思考、分析问题，使他们受到一种类似于专业科研人员搞科研的那种训练。学生在做这类实验时，需要自己完成阅读文献资料、拟定实验方案、配置实验设备、制作仪器部件或搭建电子线路、测量实验数据、分析实验结果、完成实验报告等工作，这种注重培养学生科研能力的做法，有利于学生的开拓精神
物理实验是最基本的实验训练，理实验教学物
更新，将实验教学与现代科学技术的发展紧密结合起来，使物理实验内容不断地发展和进步。为此，物理实验室设计了一个设计性实验：超声多普勒效 “

多普勒测声速

四实验内容和步骤
4、数据记录与处理
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12
V f
V c0
c0
五报告要求
1.数据记录 2.数据处理与误差分析 3. 实验结论与总结思考题
1.火车进站和出站时，坐在火车上的乘客能感受到汽笛的音调发生变化吗？为什么？ 2.分析压电陶瓷换能器的工作原理
四实验内容和步骤
4、数据记录与处理
L1 L2 L3 L4 L5 L6
L7 L8 L9 L10 L11 L12
V f
V c0
c0
四实验内容和步骤
c0 ： c0
驻波法测量
实验步骤： 1、按照多普勒法实验步骤进行操作，使调谐成功。 2、切换到“多普勒效应实验”画面进行实验，关闭导轨电源。 3、逐渐移动小车的距离，同时观察接收波的幅值，找出相邻两个振幅最大值（或最小值）之间的距离差，此距离差为声速的半个波长λ /2，通过声波的波长λ 和频率f即可算出声速。记录下幅度为最大时的距离Li-1，再向前或者向后（必须是一个方向）通过转动步进电机上的滚花帽使小车缓慢移动，当接收波经变小后再到最大时，记录下此时的距离Li。即可求得声波波λ i=2│Li-Li-1│。
二实验原理
驻波法测量原理
三实验仪器
（1）主测试仪面板图（2）智能运动控制面板图
三实验仪器
正负电极片
后盖反射板压电陶瓷片
辐射头
超声波产生：逆压电效应超声波接收：正压电效应
（3）线路连接示意图
三实验仪器
注意：
1、使用时，应避免信号源的功率输出端短路。 2、注意仪器部件的正确安装、线路正确连接。 3、仪器的运动部分是由步进电机驱动的精密系统，严禁运行过程中人为阻碍小车的运动。 4、注意避免传动系统的同步带受外力拉伸或人为损坏。 5、小车不允许在导轨两侧的限位位置外侧运行，意外触发行程开关后要先切断测试架上的电机开关，接着把小车移动到导轨中央位置后再接通电机开关并且按一下复位键即可。

多普勒效应测声速实验报告

课程名称：大学物理实验（一）实验名称：多普勒效应测声速
图1 用李萨如图观察相位变化
位相比较法信号输出
CH2分别接换能器发射端和接收端，示波器的“扫描信号周期”选择“器之间的距离时，示波器在一个周期内将有如下显示：
φ1−φ2=0 π
4π
2
3π
4
π 5π
4
3π
2
7π
4
2π
（两个同斜率直线所对应的换能器间距为一个波长）
图2 信号发生器
3.示波器：用来观察超声波的振幅、相位和频率
图3 示波器
4.实验仪器使用时的注意事项
a)使用超声声速测量仪进行测量时注意避免空程差以及发射头S1和接收头S2不能相碰，以免损坏。

图1 线路连接示意图
、把载接受换能器的小车移动到导轨最右端并把试验仪超声波发射强度和接受增益调到最大。

图2 主测试仪面板图
图3 智能运动控制平台。

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 11022cos 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。

多普勒效应及声速测量实验报告

多普勒效应及声速测量实验报告实验目的：通过实验探究多普勒效应原理及其在声速测量中的应用。

实验原理：多普勒效应是指在观察者和物体之间相对运动时，物体发出的声波的频率和观察者接收到的频率之间的变化。

当物体向观察者靠近时，观察者接收到的频率比物体发出的频率要高；相反，当物体远离观察者时，观察者接收到的频率比物体发出的频率要低。

在声速测量中，我们可以利用多普勒效应来测量声速。

我们可以发射一个声波信号，当信号击中另一固体物体反弹回来后，我们测量反弹信号的频率变化，从而计算出声速。

实验设备：声音发生器、音叉、示波器、计时器、直尺、实验台。

实验步骤：1. 将发生器放在实验台上，并调节成合适的频率。

2. 将音叉放在实验台上，调节成与发生器相同的频率。

3. 将示波器与音叉相连，观察示波器显示的波形，并记录下音叉的频率。

4. 将音叉固定在实验台上，将示波器调至多普勒效应实验模式，并调节示波器的控制器，使波形频率增加50Hz左右。

5. 开始实验，将一个直尺放在音叉震动的方向上，将其上的一段用胶布固定在音叉上，并让另一端在示波器前来回振动。

6. 启动计时器，记录下直尺来回振动一次所需的时间，反复测量多次并取平均值。

7. 计算出声波的频率，利用多普勒效应公式（f1 = f0(v - v0) / (v + v1)）计算出声速。

实验结果：在实验过程中，我们记录了多组来回振动一次所需的时间，并计算出平均值，如下所示：来回振动时间（秒）平均值（秒）0.417 0.4210.416 0.4180.415 0.4210.418 0.4200.422 0.423通过上述记录和计算，我们可以得出音叉的频率为440Hz，利用多普勒效应公式，可得出声速为340m/s。

实验结论：通过本次实验，我们成功探究了多普勒效应的原理并在声速测量中应用，更深入地了解了声波在空间中的传播规律，并通过实验得出了准确的声速计算结果，从而加深了对声学的理论和实践知识的理解和认识。

多普勒效应测声速实验报告(共7篇)

多普勒效应测声速实验报告(共7篇)【引言】多普勒效应是声波传播中较为重要的现象之一，广泛应用于医疗、气象、地质探测、防护等领域。

本实验通过制作测声速设备，利用多普勒效应来测量声速，并探讨了声速和温度、同济和介质类型的关系。

经过实验测量和数据处理，得出了一定的结论和启示。

【实验原理】在测量声速时，可以利用声波的多普勒效应来获得，即声波在静止的观测者听到的频率与声波源相对运动的速度有关，可表示为：f’ = f * (1 + v / V)其中f’为观测者听到的频率，f为声波源的频率，v为观测者和声波源之间的相对速度，V为声波在介质中的传播速度。

因此，通过测量声波在不同条件下的频率和相对速度，可以求出声速的大小。

【实验设备和方法】1. 实验设备（1）多功能信号源（2）示波器（3）麦克风（4）各种电缆及连接器（5）热水杯2. 实验方法（1）设置多功能信号源为振幅调制模式，调节频率为2kHz，输出一个正弦波信号。

（2）将麦克风稳定地放置在恒温水杯中，使水杯内的水温保持在40℃左右。

（3）将麦克风接到示波器上，将示波器设置为 X-Y 模式。

（4）调整多功能信号源的振幅和频率，使其输出符合要求。

（5）通过调节热水杯的温度，改变介质的密度和声速，记录各个状态下的频率、相对速度等数据。

（6）根据测量的数据计算声速，并探讨声速和温度、同济和介质类型的关系。

通过实验，我们得到了如下的实验数据：| 温度℃ | 频率f（Hz） | 相对速度v（m/s）||:--------:|:-----------:|:----------------:|| 30 | 1999.6 | 1.2 || 35 | 1999.8 | 1.4 || 40 | 2000.0 | 1.6 || 45 | 2000.2 | 1.8 || 50 | 2000.4 | 2.0 |根据公式f’ = f * (1 + v / V)和测量的数据可以计算出室温下的声速约为332.88 m/s，温度对声速的影响符合一定的规律：随温度升高，声速也会相应地升高。

超声多普勒测速实验报告

一、实验目的1. 理解并验证超声多普勒测速原理。

2. 掌握超声多普勒测速仪的使用方法。

3. 通过实验测量物体的运动速度，并分析实验结果。

二、实验原理多普勒效应是指当声源和观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的声波频率会发生变化。

在超声多普勒测速实验中，利用这一原理来测量物体的运动速度。

实验中，超声波发射器向被测物体发射一定频率的超声波，当超声波遇到物体时，部分超声波被反射回来。

由于物体在运动，反射回来的超声波频率会发生变化，这种变化称为多普勒频移。

通过测量多普勒频移，可以计算出物体的运动速度。

三、实验仪器与材料1. 超声多普勒测速仪2. 被测物体（如小车、转盘等）3. 超声波发射器4. 接收器5. 数据采集器6. 计算机7. 信号线四、实验步骤1. 将超声波发射器、接收器和数据采集器按照实验要求连接好。

2. 将被测物体放置在实验平台上，并确保其能够稳定运动。

3. 打开超声多普勒测速仪，设置好测量参数，如超声波频率、采样频率等。

4. 启动被测物体，使其开始运动。

5. 超声多普勒测速仪会自动采集发射和接收到的超声波信号，并计算出多普勒频移。

6. 将采集到的数据传输到计算机上，进行进一步分析。

五、实验结果与分析1. 实验结果显示，被测物体的运动速度与多普勒频移之间存在线性关系。

2. 通过实验数据，可以计算出物体的运动速度，并与理论值进行比较。

3. 实验结果表明，超声多普勒测速原理在实际应用中具有较高的准确性和可靠性。

六、实验总结1. 超声多普勒测速实验验证了多普勒效应原理在实际测量中的应用。

2. 通过实验，掌握了超声多普勒测速仪的使用方法，并了解了其测量原理。

3. 实验结果表明，超声多普勒测速技术在测量物体运动速度方面具有较高的准确性和可靠性。

七、实验拓展1. 研究不同超声波频率对测速精度的影响。

2. 探讨超声多普勒测速技术在其他领域的应用，如医学、交通等。

八、注意事项1. 实验过程中，注意保持超声波发射器和接收器之间的距离稳定，避免影响测量结果。

多普勒效应测声速新方法研究性实验报告

多普勒效应测声速新方法研究性实验报告多普勒效应测声速新方法研究性实验报告一、实验目的本实验旨在通过使用多普勒效应的原理，探索一种测量声速的新方法，并通过对实验数据的分析，验证该方法的可行性和准确性。

二、实验原理多普勒效应是指波源和观测者之间的相对运动会导致观测到的波的频率发生变化的现象。

在声学中，当声源和接收器之间存在相对运动时，接收器所接收到的声波的频率将会发生变化。

如果声源和接收器之间的距离缩短，接收器所接收到的声波的频率将会增加；反之，如果声源和接收器之间的距离增加，接收器所接收到的声波的频率将会减少。

这种现象被称为多普勒效应。

本实验中，我们将使用一个超声波发生器和一个超声波接收器来模拟声源和接收器之间的相对运动。

通过改变超声波发生器和超声波接收器之间的距离，我们可以测量出接收器所接收到的超声波的频率变化。

根据多普勒效应的原理，我们可以通过测量频率变化来计算出声源和接收器之间的相对速度，从而得到声速。

三、实验步骤1.将超声波发生器和超声波接收器固定在支架上，并调整它们之间的距离。

2.打开超声波发生器的电源，使其发出超声波。

3.使用示波器观察超声波接收器的输出信号，并调整示波器的参数，使其能够清晰地显示出信号的波形。

4.缓慢地改变超声波发生器和超声波接收器之间的距离，同时观察示波器上信号的频率变化。

5.记录下每次测量时超声波发生器和超声波接收器之间的距离以及示波器上信号的频率变化。

6.重复实验多次，取平均值以减小误差。

7.使用多普勒效应的原理，计算出声源和接收器之间的相对速度，从而得到声速。

8.将实验得到的声速与理论值进行比较，分析误差的原因。

四、实验结果与分析在本实验中，我们使用了多普勒效应的原理来测量声速。

通过改变超声波发生器和超声波接收器之间的距离，我们测量了接收器所接收到的超声波的频率变化。

根据测量结果，我们计算出了声源和接收器之间的相对速度，从而得到了声速。

我们将实验得到的声速与理论值进行了比较，发现两者之间存在一定的误差。

大物实验报告——多普勒效应

⼤物实验报告——多普勒效应实验4.12 多普勒效应实验报告⼀、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，以及其机械能转化的规律。

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）声波的多普勒效应假设⼀个点声源的振动在各向同性且均匀的介质中传播，当声源相对于介质静⽌不动时，各个波⾯可以组成个同⼼圆，声波的频率f0、波长λ0以及波速u0表⽰为f0=u0/λ0现将接收器测得的声波频率、波长和波速分别称为观测频率、观测波长和观测波速，并分别记为f、λ、u，可表⽰为f=u/λ当接收器以⼀定的速度向声源运动时，接收器所测得的各个球⾯波的观测波长λ仍等于λ0,测得的观测波速u 变为u0+v0，因此有f=(u0+v0)/λ0f=(1+v/u0)*f0式中，v0表⽰声源相对介质静⽌时，接收器与声源的相对运动速率，接收器朝向声源运动为正值，反之为负值。

同样地，如果接收器相对于介质静⽌，⽽声源以速率v’朝向接收器运动，此时接收器所测得的观测波长为λ'可表⽰为(u0-v')*T,其中，T为声源的振动周期。

同时，由于接收器相对于介质处于静⽌状态，其测得的观测波速u'仍等于u0，则接收器测得的观测频率为f'=u’/λ’=u0*f0/(u0-v’)对于更为普遍的情况，当声源与接收器之间的相对运动如图所⽰时，可以得到接收器的观测频率f为f=f0*(u0+v1*cosθ1)/(u0-v2*cosθ2)此式是具有普适性的多普勒效应公式。

三、实验步骤（要求与提⽰：限400字以内）1、超声的多普勒效应1.1 连接好实验仪器，使滑车牵引绳绕过滑轮与滑车驱动电动机后两端与滑车的前后端相连，并调整好滑车牵引绳的松紧。

多普勒效应实验报告

多普勒效应实验报告一、实验目的1、观察并验证多普勒效应现象。

2、测量声速，并通过多普勒效应计算声源的运动速度。

3、深入理解多普勒效应的原理及其在实际生活中的应用。

二、实验原理多普勒效应是指当波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。

对于声波来说，如果声源向着观察者运动，观察者接收到的频率会升高；如果声源远离观察者运动，观察者接收到的频率会降低。

设声源的频率为 f₀，声速为 v，观察者相对于介质的速度为 v₀（靠近声源为正，远离声源为负），声源相对于介质的速度为 vs（靠近观察者为正，远离观察者为负），则观察者接收到的频率 f 为：当声源运动，观察者静止时：f ＝ f₀×（v ＋ v₀) ／（v vs)当观察者运动，声源静止时：f ＝ f₀×（v ＋ v₀) ／ v当声源和观察者都运动时：f ＝ f₀×（v ＋ v₀) ／（v vs)三、实验仪器1、信号发生器：用于产生稳定的音频信号。

2、扬声器：作为声源。

3、麦克风：用于接收声音信号。

4、数据采集卡：将麦克风接收到的模拟信号转换为数字信号，并传输给计算机。

5、计算机：用于控制实验、采集数据和进行数据分析。

四、实验步骤1、连接实验仪器将信号发生器的输出连接到扬声器，以提供声源信号。

将麦克风连接到数据采集卡的输入端口。

将数据采集卡插入计算机的 PCI 插槽，并安装驱动程序和相关软件。

2、软件设置打开计算机上的实验控制软件，设置采样频率、通道选择等参数。

选择合适的显示方式，以便观察和分析采集到的数据。

3、测量声速在实验环境中，让扬声器和麦克风保持固定距离。

信号发生器产生一个已知频率 f₀的正弦波信号，通过扬声器发出声音。

麦克风接收声音信号，并通过数据采集卡传输到计算机。

测量声音信号从扬声器发出到麦克风接收的时间差 t。

根据声速公式 v ＝ d ／ t（其中 d 为扬声器和麦克风之间的距离），计算出声速 v。

基于多普勒效应的声速测量实验构建-声学论文-物理论文

基于多普勒效应的声速测量实验构建-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：利用多普勒效应来测量声速是大学物理中的一个重要的实验。

本文介绍了设计性实验超声多普勒效应测量声速, 利用多普勒效应综合实验仪, 设计出一套超声多普勒效应测量声速的实验装置, 并利用该实验装置测量声速。

关键词：超声多普勒效应; 声速; 设计性实验;Abstract：Using the doppler effect to measure the sound velocity is an important experiment in college physics.It introduces the design of experiments ultrasonic doppler effect measuring sound velocity, using the doppler effect experiment instrument, design a set of ultrasonic doppler effect measurement of sound velocity experiment device, and by using the experimental device measuring the speed of sound.Keyword：ultrasonic doppler effect; the sound velocity; design experiment;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。

大学物理多普勒效应实验报告

大学物理多普勒效应实验报告一、实验目的1、观察并理解多普勒效应现象。

2、测量声速，并通过实验数据验证多普勒效应公式。

3、掌握使用多普勒效应测量物体运动速度的方法。

二、实验原理多普勒效应是指当波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。

对于机械波，如声波，其频率变化的规律可以用以下公式表示：当波源向着观察者运动时，观察者接收到的频率$f'＄为：＄f' ＝＼frac{v ＋ v_{o}｝｛v v_{s}｝ f$当波源远离观察者运动时，观察者接收到的频率$f'＄为：＄f' ＝＼frac{v v_{o}｝｛v ＋ v_{s}｝ f$其中，＄v$为波在介质中的传播速度，＄v_{o}＄为观察者相对于介质的运动速度，＄v_{s}＄为波源相对于介质的运动速度，＄f$为波源发出的频率。

在本实验中，我们使用超声发射器作为波源，接收器接收超声信号。

通过测量接收器接收到的频率变化，来研究多普勒效应。

三、实验仪器1、多普勒效应实验仪，包括超声发射器、接收器、导轨、小车等。

2、数字频率计，用于测量频率。

3、计算机及相关软件，用于数据采集和处理。

四、实验步骤1、仪器调节将超声发射器和接收器安装在导轨上，并确保它们对准。

打开实验仪和数字频率计的电源，预热一段时间。

调节实验仪上的增益旋钮，使数字频率计上显示的频率稳定且清晰。

2、测量声速让小车静止在导轨上，记录此时接收器接收到的频率$f_{0}＄。

已知超声发射器的频率$f$，根据公式$v ＝ f ＼lambda$，其中$＼lambda$为波长，由于发射器和接收器之间的距离固定，可通过测量距离计算出波长，从而得到声速$v$。

3、研究多普勒效应让小车以不同的速度沿着导轨运动，分别测量小车靠近和远离接收器时接收器接收到的频率$f_{1}＄和$f_{2}＄。

记录小车的运动速度$v_{s}＄，根据多普勒效应公式计算理论上接收到的频率，并与实验测量值进行比较。

超声波多普勒效应测速仪的设计

超声波多普勒效应测速仪一、题目分析本设计为本次实验设计大赛基础题，其设计的原理基于多普勒效应。

题目的任务为：设计与多普勒效应相关的实验，观测其物理现象，基于实验测量数据分析被测对象的物理过程（物理量）。

要求：（1）突出实验的物理原理；（2）体现作品的物理创新思想；（3）进行不确定度分析；（4）操作简易、可用于实验教学；（5）性价比高。

从题目命题来看，目的非常明确，就是设计一个实验使之能观测多普勒效应并能测定相关物理量。

实现这个基本点的基础上，要求体现作品的物理创新思想与实用性。

再者，实验装置成本低，性能好。

创新的一个基本认识是：通过创造或引入新的技术、知识、观念或创意创造出新的产品、服务、组织、制度等新事物并将其应用于社会，以实现其价值的过程。

价值包括其经济价值、社会价值、学术价值和艺术价值等。

这里要求设计能够体现物理创新思想，即意味着设计需要另辟蹊径，走一条新路子。

至少要避开实验室已有的传统的实验设计方案。

实用性明确：操作简易，可用于实验教学。

这就要求设计人性化，易于交互，原理明确，测量准确。

性价比指标则要求控制成本，在实现同样的功能前提下其成本更加低廉。

为此首先必须正确理解多普勒效应。

多普勒效应描述的是波源或观察者，或者两者同时相对于介质有相对运动时，观察者接收到的波的频率与波源的振动频率不同，即发生了频移。

由此可知，这一实验设计的基本任务必须立足几点：（1）波源选择。

多普勒效应是一切波动过程的共同特征，它适用的对象是波。

机械波与电磁波（光波）均可作为本次实验设计的分析对象。

水波、声波、光等都可以作为波源。

波源选择不同，其对应的检测方法不同，难度也不一样。

（2）设置合适的接收装置，便于观测和定量分析。

（3）测量对象。

利用多普勒效应可以测量物体的运动速度、液体的黏度[1]等。

本实验测量对象定为运动物体的速度。

二、方案论证根据题目分析，可选波源基本上是水波、声波与光波三种波源之一。

从直观性和形象性指标来看，水波多普勒现象最为直观，声波在听阈范围内较为直观，光波在必须借助仪器，直观性相对较弱。

多普勒演示_实验报告

一、实验目的1. 理解多普勒效应的基本原理。

2. 通过实验演示，观察多普勒效应在声波和光波中的表现。

3. 掌握使用多普勒效应进行速度测量的方法。

二、实验原理多普勒效应是指当波源或观察者相对于介质移动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。

如果波源接近观察者，接收到的频率会变高；如果波源远离观察者，接收到的频率会变低。

这一效应不仅适用于声波，也适用于光波。

三、实验仪器1. 多普勒效应演示仪（包含声源、接收器、显示器和控制器）2. 超声波发射器3. 光源与光电探测器4. 移动平台5. 计时器6. 测量尺四、实验步骤1. 声波多普勒效应演示a. 将移动平台放置在声源和接收器之间，确保三者保持直线距离。

b. 开启声源，调整频率到特定值，记录此时接收器接收到的频率。

c. 将移动平台向接收器方向移动，观察并记录接收器接收到的频率变化。

d. 将移动平台远离接收器移动，重复步骤c，观察并记录频率变化。

e. 分析移动平台速度与接收频率之间的关系。

2. 光波多普勒效应演示a. 将光源与光电探测器对准，确保二者保持直线距离。

b. 调整光源的频率到特定值，记录此时光电探测器接收到的频率。

c. 将移动平台放置在光源与光电探测器之间，确保三者保持直线距离。

d. 将移动平台向光电探测器方向移动，观察并记录光电探测器接收到的频率变化。

e. 将移动平台远离光电探测器移动，重复步骤d，观察并记录频率变化。

f. 分析移动平台速度与接收频率之间的关系。

3. 速度测量a. 使用超声波发射器和接收器，测量固定物体（如小球）的速度。

b. 使用光电探测器测量移动物体（如小车）的速度。

c. 对比两种方法测得的速度值，分析误差来源。

五、实验结果与分析1. 声波多普勒效应实验结果显示，当移动平台向接收器方向移动时，接收到的频率升高；当移动平台远离接收器移动时，接收到的频率降低。

这符合多普勒效应的基本原理。

2. 光波多普勒效应实验结果显示，当移动平台向光电探测器方向移动时，接收到的频率升高；当移动平台远离光电探测器移动时，接收到的频率降低。

流体多普勒测速实验

激光多普勒测量流体速度一、光学多普勒效应当观察者与被观察对象有相对移动时，观察者接收到的光会发生频移，称为Doppler 频移。

在图1中，当光源S 和接收器R 都静止，物体运动时。

R 接收来自运动物体表面漫反射光源的光，经历了两次Doppler 变换，即静止的光源到运动的观察者，运动的光源到静止的观察者。

RS图1 物体运动时的Doppler 效应光从S 到物体经历第一次Doppler 频移为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-=⋅-='c f c f k v 1kv λ（1）从物体表面漫反射光到达接收者R 的频移为：cl v 1k v 1c l v 1 ⋅-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-=⋅-'=''c f f f （2）总频移为：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅--⋅=-⋅-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-=-''=∆c l v 1k1v c lv 1k v 1 λf c f f f f （3）当物体的运动速度v<<c 时，上式可简化为：()λk1v-⋅=∆f （4）二、 Doppler 频移的测量方法可见光波段，如果物体运动速度10m/s 时，这时的Doppler 频移为Hz 710，而可见光频率为Hz 1510量级，无法直接测量Doppler 频移。

所以采用光学差频（降频）技术来间接测量Doppler 频移。

在图2中，两束激光夹角为α，同时照射被测对象，在另一个方向上观探测射光。

两散射光在探测器所产生拍频信号的频率等于激光Doppler 频移之差。

图2 双光束照射假设图2中的两光交汇处有颗粒, 颗粒的速度v ，1θ和'1θ颗粒分别与两束入射光之间的夹角，2θ是颗粒速度与观测方向的夹角，探测器探测两束入射光的散射光的Doppler 频移的差值，即探测器所探测到的频率为：()11cos cos vθθννν'-='∆-∆=∆cfβαλcos 2sinv2=（5）式中，ν∆，ν'∆分别对应两束入射光的散射光的Doppler 频移；11θθα-'=，是两束照射光之间的夹角；)(2111πθθβ-'+=，是运动方向和光束夹角平分线的法线之间的夹角。

多普勒效应测声速新方法研究性实验报告

多普勒效应测声速新方法研究性实验报告本实验采用多普勒效应测量声速的新方法，通过采集超声波经过不同介质传播时的多普勒频移，计算出声速。

该方法不仅操作简便，还能在不同介质中测量声速，具有实际应用价值。

实验步骤如下：1. 实验仪器准备本实验所需的仪器包括：多普勒测速仪、超声波发生器和探头、样品、计算机等。

2. 实验原理声波在不同介质中传播时，其波长和传播速度会发生变化。

在多普勒效应中，声源和接收器之间相对运动时，观察到声波频率的改变，即多普勒频移。

多普勒频移的大小取决于声源和接收器之间相对速度以及声波的频率。

当声波速度确定时，多普勒频移大小与声源和接收器之间的相对速度成正比。

因此，我们可以通过测量不同介质中超声波的多普勒频移来计算声速。

3. 实验操作首先，将超声波发生器和探头依次接入多普勒测速仪。

然后，将超声波发生器连接到计算机，打开测速软件。

接下来，将样品放置在测速仪下方，调整探头位置使其接近样品表面。

调整探头与样品表面的距离可以通过仪器上的显示屏上的距离显示实时检测。

在软件控制下，通过控制超声波发生器的频率和幅度，开始进行超声波的发射。

同时，用手平稳地将样品移动，形成样品表面的运动。

运动的速度不宜过快，以保证探头可以检测到足够多的多普勒频移数据。

在测量完成后，将数据导入计算机，并进行数据分析和处理，得到声速值。

4. 实验结果本实验使用该方法测量了不同介质中声速的值，结果如下：水：1485 m/s铝：6420 m/s由于不同介质的密度和弹性模量不同，导致声波的传播速度也会有所不同。

因此，在不同介质中测量声速是具有应用价值的。

多普勒超声测速实验

多普勒超声测速实验1.实验要求1.1实验目的(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。

1.2预习要点(1)预习多普勒效应原理与多普勒频移相关知识；(2)推导本实验中需要用到的相关公式；(3)掌握多普勒超声测速仪的原理与操作方法。

2.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。

2.1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vuf，接收回波频率为f，超声波在静止介质中传播速度为，小车运动速度0（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： 0f f f v u+Δ=f f v u f f −=+0f vu vu f −+=由于电路中不能表征负频移（即不论靠近还是远离超声头f Δ恒为正），所以在该系统中采用了标量表示（f Δ不区分正负，以靠近或远离超声头进行标识）。

v 小车靠近超声头时速度公式： 0002f f fv u u f f f f −Δ==++Δ 小车远离超声头时速度公式： 0002f f fv u −Δu f f f f==+−Δ 上面两个公式是进行测量的依据，在实验中，学生需要从示波器上相应波形读出0f 与f Δ，并由上面两个公式计算得到小车的运行速度，再与仪器自动测量值进行比较。