多普勒效应综合实验
多普勒效应综合实验报告西安交通大学
多普勒效应综合实验报告西安交通大学【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一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一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。
【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/
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。
2、超声的红外调制与接收
早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。
由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。
多普勒效应综合实验报告
多普勒效应综合实验报告1. 引言说起多普勒效应，大家可能觉得这名字听起来有点复杂，其实它跟我们的日常生活可有着千丝万缕的联系。
想象一下，你在路边悠闲地等车，突然一辆救护车呼啸而过，哔哔的警报声从远到近，接着又从近到远，听起来像是在和你打招呼似的。
这就是多普勒效应的真实写照，它让我们更好地理解声音是如何传播的。
这次实验，我们就是要深入探讨这个现象，看看它背后的奥秘。
2. 多普勒效应的原理2.1 基本概念多普勒效应，其实就是当声音源或观察者相对运动时，听到的声音频率发生变化的现象。
简单来说，如果一个物体朝你移动，你会听到比它实际发出的音调更高的声音；反之，如果它远离你，声音就会变低。
就像我们听到的那辆救护车，刚开始的时候它的声音尖锐得像是要冲破天空，离开时却变得温柔得多，像是在对我们说“再见”。
2.2 生活中的例子生活中其实随处可见多普勒效应的影子。
比如，当你在运动的时候，听到路边有人喊你的名字，声调总是高低起伏。
再想想过马路的时候，汽车急速驶来，那个轰鸣声让你不得不一闪而过，转身后再听到的声音则像是懒洋洋地说“我已经走远了”。
这些体验其实都在说明着多普勒效应的奇妙。
3. 实验过程3.1 准备工作这次实验我们准备了一些简单的设备，包括音频发生器、麦克风、扬声器和测量工具。
首先，我们设定一个音频频率，比如说440赫兹，这是一个标准的A音，听起来可亲切了。
接着，我们就要开始进行不同速度的实验，看看音频的变化。
3.2 实验步骤我们让扬声器固定在一个地方，然后把它调到一定的音频频率。
之后，一个同学（我们叫他“小明”吧）开始以不同的速度朝扬声器走近，或者远离。
每当他经过扬声器时，我们用麦克风记录下他听到的音频频率。
实验进行得相当顺利，小明从“飞奔”到“慢走”，记录下的数据一目了然。
通过这些数据，我们开始分析频率变化的规律，嘴上不敢说“哇，原来真有这么神奇”，但心里早就惊叹不已了。
4. 数据分析4.1 结果展示经过一番努力，我们得到了多个数据点，像是小明快速接近扬声器时，频率明显升高，而他远离时，频率又骤降。
实验8 多普勒效应
实验8 多普勒效应综合实验对于机械波、声波、光波和电磁波而言，当波源和观察者（或接收器）之间发生相对运动，或者波源、观察者不动而传播介质运动时，或者波源、观察者、传播介质都在运动时, 观察者接收到的波的频率和发出的波的频率不相同的现象，称为多普勒效应。
多普勒效应在核物理、天文学、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面有十分广泛的应用。
如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达，多普勒彩色超声诊断仪等。
【实验目的】1. 了解声波的多普勒效应现象,掌握智能多普勒效应实验仪的应用。
2. 测量超声接收器运动速度与接收频率的关系,验证多普勒效应。
3. 观察物体不同类型的变速运动的规律。
4. 掌握用时差法测量空气中声波的传播速度。
5.超声换能器特性测量。
【实验仪器】智能多普勒效应实验仪由A 718FB 型实验仪、测试架组成。
A 718FB 实验仪由信号发生器和功率放大器、接收放大器、微处理器，液晶显示器等组成。
测试架由步进电机，电机控制模块，超声收、发射换能器，光电门、小车等组成(如图2-8-1所示)。
【实验原理】1．声波的多普勒效应：设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点运动和声波传播都在x 方向。
对于三维情况，处理稍复杂一点，其结果相似。
声源、接收器和传播介质不动时，在x 方向传播的声波的数学表达式为：⎪⎭⎫⎝⎛-=x u t p p ωω cos 0 （2-8-1） （1）声源运动速度为S V ，介质和接收点不动：设声速为u ，在时刻t ,声源移动的距离为：)u x t (V S -因而声源实际的距离为： )(0u x t V x x S --= 所以00()/(1) ()/(1)SS S S V x x V t ux V t M =--=-- （2-8-2）其中u /V M S S =为声源运动的马赫数，声源向接收点运动时S V （或S M ）为正，反之为负，将式（2-8-2）代入式（2-8-1） ：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛--=u x t M p p S 001cos ω可见接收器接收到的频率变为原来的SM 11-, 即 ：SS M 1ff -=（2-8-3）（2）声源、介质不动，接收器运动速度为r V ，同理可得接收器接收到的频率：f uV f M f rr r )1()1(+=+= （2-8-4） 其中uV M rr =为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时r V （或r M ）为正，反之为负。
多普勒效应综合实验报告
多普勒效应综合实验报告多普勒效应综合实验报告引言多普勒效应是一种物理现象，描述了当光线或声音经过运动的物体时，其频率和波长会发生变化的现象。
本实验旨在通过多种实验方法验证多普勒效应，并探讨其在实际应用中的重要性。
实验一：声音的多普勒效应实验目的：验证声音在运动源和观察者之间相对运动时所产生的多普勒效应。
实验步骤：1. 准备一辆发出固定频率声音的小车和一个固定的听音器。
2. 将小车以一定速度向听音器移动，并记录每次移动的距离。
3. 同时记录听音器接收到的声音频率。
4. 重复实验多次，以获得更准确的数据。
实验结果：根据实验数据，当小车以不同速度向听音器移动时，听音器接收到的声音频率会发生变化。
当小车接近听音器时，声音频率增高；当小车远离听音器时，声音频率降低。
实验分析：这种现象可以通过多普勒效应来解释。
当小车向听音器移动时，声音波长相对于听音器缩短，导致声音频率增高。
相反，当小车远离听音器时，声音波长相对于听音器延长，导致声音频率降低。
实验二：光的多普勒效应实验目的：验证光在运动源和观察者之间相对运动时所产生的多普勒效应。
实验步骤：1. 准备一束激光和一个运动的反射镜。
2. 将激光照射到反射镜上，并记录反射光的频率。
3. 以一定速度移动反射镜，并记录每次移动的距离。
4. 同时记录反射光的频率变化。
5. 重复实验多次，以获得更准确的数据。
实验结果：根据实验数据，当反射镜以不同速度运动时，反射光的频率会发生变化。
当反射镜接近观察者时，光频率增高；当反射镜远离观察者时，光频率降低。
实验分析：这种现象同样可以通过多普勒效应来解释。
当反射镜向观察者移动时，光波长相对于观察者缩短，导致光频率增高。
相反，当反射镜远离观察者时，光波长相对于观察者延长，导致光频率降低。
实验三：多普勒效应的应用多普勒效应在现实生活中有着广泛的应用。
以下是一些例子：1. Doppler Radar（多普勒雷达）：多普勒效应被广泛用于气象预报和交通监测中。
实验8 多普勒效应
实验8 多普勒效应综合实验对于机械波、声波、光波和电磁波而言，当波源和观察者（或接收器）之间发生相对运动，或者波源、观察者不动而传播介质运动时，或者波源、观察者、传播介质都在运动时, 观察者接收到的波的频率和发出的波的频率不相同的现象，称为多普勒效应。
多普勒效应在核物理、天文学、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面有十分广泛的应用。
如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达，多普勒彩色超声诊断仪等。
【实验目的】1. 了解声波的多普勒效应现象,掌握智能多普勒效应实验仪的应用。
2. 测量超声接收器运动速度与接收频率的关系,验证多普勒效应。
3. 观察物体不同类型的变速运动的规律。
4. 掌握用时差法测量空气中声波的传播速度。
5.超声换能器特性测量。
【实验仪器】智能多普勒效应实验仪由A 718FB 型实验仪、测试架组成。
A 718FB 实验仪由信号发生器和功率放大器、接收放大器、微处理器，液晶显示器等组成。
测试架由步进电机，电机控制模块，超声收、发射换能器，光电门、小车等组成(如图2-8-1所示)。
【实验原理】1．声波的多普勒效应：设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点运动和声波传播都在x 方向。
对于三维情况，处理稍复杂一点，其结果相似。
声源、接收器和传播介质不动时，在x 方向传播的声波的数学表达式为：⎪⎭⎫⎝⎛-=x u t p p ωω cos 0 （2-8-1） （1）声源运动速度为S V ，介质和接收点不动：设声速为u ，在时刻t ,声源移动的距离为：)u x t (V S -因而声源实际的距离为： )(0u x t V x x S --= 所以00()/(1) ()/(1)SS S S V x x V t ux V t M =--=-- （2-8-2）其中u /V M S S =为声源运动的马赫数，声源向接收点运动时S V （或S M ）为正，反之为负，将式（2-8-2）代入式（2-8-1） ：⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛--=u x t M p p S 001cos ω可见接收器接收到的频率变为原来的SM 11-, 即 ：SS M 1ff -=（2-8-3）（2）声源、介质不动，接收器运动速度为r V ，同理可得接收器接收到的频率：f uV f M f rr r )1()1(+=+= （2-8-4） 其中uV M rr =为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时r V （或r M ）为正，反之为负。
多普勒综合实验报告
一、实验目的1. 理解多普勒效应的原理，掌握其应用领域。
2. 通过实验验证多普勒效应，了解其在实际应用中的表现。
3. 掌握多普勒效应的测量方法，学会利用多普勒效应进行速度测量。
4. 了解多普勒效应在医学、交通、气象等领域的应用。
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。
具体来说，当波源向观察者靠近时，接收到的频率会变高；当波源远离观察者时，接收到的频率会变低。
多普勒效应的公式为：f' = f (v + vo) / (v + vs)其中，f'为观察者接收到的频率，f为波源频率，v为波速，vo为观察者速度，vs 为波源速度。
三、实验器材1. 多普勒频移仪2. 发射器3. 接收器4. 电脑5. 超声波发生器6. 超声波接收器四、实验步骤1. 将发射器和接收器分别固定在实验台上，确保它们之间的距离为已知值。
2. 使用超声波发生器产生频率稳定的超声波，并将其输入发射器。
3. 启动多普勒频移仪，将发射器发出的超声波输入接收器，同时记录接收器接收到的频率。
4. 调整发射器和接收器之间的距离，使它们之间有相对运动，例如让发射器向接收器靠近或远离。
5. 观察并记录接收器接收到的频率变化，分析多普勒效应。
6. 重复步骤4和5，分别记录不同速度下的频率变化。
7. 利用多普勒效应公式计算实际速度。
五、实验结果与分析1. 通过实验，观察到当发射器向接收器靠近时，接收器接收到的频率变高；当发射器远离接收器时，接收器接收到的频率变低。
这验证了多普勒效应的存在。
2. 根据实验数据，计算不同速度下的实际速度，并与理论值进行比较。
结果表明，多普勒效应可以用来测量速度，且测量结果与理论值基本吻合。
3. 分析多普勒效应在医学、交通、气象等领域的应用。
例如，在医学领域，多普勒效应可以用来测量血流速度；在交通领域，多普勒效应可以用来测量车辆速度；在气象领域，多普勒效应可以用来测量风速。
实验43 多普勒效应综合实验
姓名
实验班号
实验号
实验四十三多普勒效应综合实验
实验目的：
实验原理及仪器介绍：
1.写出多普勒效应的一般公式?满足什么条件时可以简化为 ？
2.简述验证多普勒效应的实验方案。
3.简述利用多普勒效应公式测声速的实验方案。
4.简述利用多普勒效应研究简谐振动的实验方案。
5.多普勒效应综合实验仪的主要组成部分有哪些？
2.列出数据记录表格：
教师签字：
月日
实验内容：
1.多普勒效应综合实验仪开机后，为什么首先要求输入室温。
2.验证多普勒效应，并利用多普勒效应公式测量声速的实验中，小车的使用应该注意什么事项？
3.利用多普勒效应研究自由落体运动的实验中，仪器使用的注意事简谐运动的周期？
数据表格：
1.记录所用测量仪器的仪器误差：
多普勒效应综合实验报告及数据处理图
多普勒效应综合实验（附数据处理图）(注：由于上传后文库中数据图看不清楚，须下载后才能看清楚) 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。
【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。
④其它变速直线运动。
【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。
实验14-多普勒效应
实验14-多普勒效应多普勒效应综合实验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。
【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。
④其它变速直线运动。
【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。
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 1122cos 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 xm 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。
多普勒效应综合实验报告结论
多普勒效应综合实验报告结论1. 引言嘿，大家好，今天咱们聊聊多普勒效应，简单来说，就是声音和光在移动的时候的“魔法”。
想象一下，当救护车呼啸而过时，声音是高高低低，像是在跟你打招呼。
今天的实验，咱们就是要深度探讨这个现象，让大家听得懂、看得懂，甚至还要乐得起来！2. 实验内容2.1 实验目的首先，我们得明确实验的目的。
咱们想要探究的就是多普勒效应如何影响声音的频率。
简单来说，就是当声源靠近你时，声音变高；而当它远离时，声音又变低，这就像你在和朋友打电话时，他往前走，突然声音变得清晰又尖锐，接着又模糊了，感觉是不是有点儿好玩？2.2 实验步骤在实验中，我们首先准备了一个音响系统和一个可以移动的发声器。
然后让发声器在固定轨道上来回移动，同时我们用手机录下声音的变化。
过程中的每一个音符，都是在告诉我们多普勒效应的“秘密”。
当发声器往我们这边冲来时，声音就像过山车一样，急速上升；而它一转身，声音就“啪”地掉下来了，仿佛是被什么东西打了一下。
3. 结果分析3.1 数据观察通过录音，我们发现，确实如我们所料，声音的频率随着距离的变化而变化。
数据记录下来后，我们分析发现，这个变化幅度还真是让人惊讶，大家几乎都笑出声来，感叹声波的“脾气”真是变化多端。
这就好比一首歌曲的节奏，有时快、有时慢，让人忍不住想跟着哼哼。
3.2 实验结论最终，咱们得出的结论是，声源运动的方向和速度直接影响声音的频率变化，真是再明显不过的事儿了！就像打篮球，球员们的移动决定了篮球飞向的方向和速度一样，声波也在告诉我们，它的旅行同样有着独特的节奏。
换句话说，多普勒效应就像一场无声的音乐会，让我们听见了声波的舞蹈。
4. 总结所以，朋友们，通过这个实验，我们不仅了解了多普勒效应的基本原理，还体会到了科学的乐趣。
每一个音符都在呼唤我们去探索更深层次的奥秘，仿佛在说：“嘿，快来跟我一起跳舞吧！”未来，我们还会继续探索更多这样的“魔法”，让科学的世界变得更加丰富多彩。
多普勒综合效应实验报告
一、实验目的1. 理解多普勒效应的基本原理和现象。
2. 通过实验验证多普勒效应在声波和电磁波中的存在。
3. 探究多普勒效应与波源和接收器相对运动速度的关系。
4. 熟悉实验仪器的使用方法和数据处理方法。
二、实验原理多普勒效应是指当波源和接收器之间存在相对运动时，接收器接收到的波的频率会发生变化。
这种现象不仅适用于声波，也适用于电磁波（包括光波）。
其基本原理可以概括为：- 当波源和接收器相向运动时，接收器接收到的频率高于波源频率，称为“蓝移”。
- 当波源和接收器背向运动时，接收器接收到的频率低于波源频率，称为“红移”。
- 相对运动速度越大，频率变化越明显。
三、实验仪器与设备1. 多普勒效应实验装置（包括声波发射器、声波接收器、频谱分析仪等）2. 电磁波发射器（如激光器）3. 电磁波接收器（如光电探测器）4. 秒表5. 计算器四、实验步骤1. 声波实验：- 将声波发射器和接收器固定在实验装置上，确保两者之间有一定的距离。
- 调整声波发射器的频率，使接收器能够接收到稳定的声波信号。
- 逐步改变接收器的运动速度，记录不同速度下接收器接收到的频率值。
- 分析数据，验证多普勒效应在声波中的存在。
2. 电磁波实验：- 将电磁波发射器和接收器固定在实验装置上，确保两者之间有一定的距离。
- 调整电磁波发射器的频率，使接收器能够接收到稳定的电磁波信号。
- 逐步改变接收器的运动速度，记录不同速度下接收器接收到的频率值。
- 分析数据，验证多普勒效应在电磁波中的存在。
五、实验结果与分析1. 声波实验结果：- 实验结果显示，随着接收器运动速度的增加，接收到的声波频率逐渐升高，符合多普勒效应的蓝移现象。
- 通过计算不同速度下的频率变化量，可以得出多普勒效应与相对运动速度的关系。
2. 电磁波实验结果：- 实验结果显示，随着接收器运动速度的增加，接收到的电磁波频率逐渐降低，符合多普勒效应的红移现象。
- 通过计算不同速度下的频率变化量，可以得出多普勒效应与相对运动速度的关系。
多普勒效应综合实验报告
一、实验目的1. 理解多普勒效应的基本原理和现象；2. 掌握多普勒效应的测量方法；3. 通过实验验证多普勒效应的存在；4. 掌握数据处理和分析方法，提高实验技能。
二、实验原理多普勒效应是指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发生改变的现象。
当波源向接收器移动时，接收到的频率变高；当波源远离接收器时，接收到的频率变低。
多普勒效应广泛应用于声波、光波等多种波动现象中。
本实验采用声波多普勒效应，通过测量声波频率的变化来验证多普勒效应的存在。
实验中，声源发出一定频率的声波，接收器接收声波并测量其频率。
当声源和接收器之间有相对运动时，接收到的频率将发生改变。
三、实验仪器与设备1. 发射器：超声波发生器，频率可调；2. 接收器：超声波接收器；3. 测量仪器：示波器、频率计；4. 支撑架：用于固定发射器和接收器；5. 距离测量工具：卷尺。
四、实验步骤1. 将发射器和接收器固定在支撑架上，确保两者之间的距离保持不变；2. 打开超声波发生器，调节频率为设定值；3. 开启示波器和频率计，记录接收器接收到的频率；4. 改变发射器和接收器之间的相对位置，分别向左、向右移动，记录不同位置下的频率；5. 重复步骤4，分别向上、向下移动，记录不同方向下的频率；6. 对比不同位置和方向下的频率变化，分析多普勒效应现象。
五、实验数据与处理1. 记录不同位置和方向下的频率数据；2. 根据多普勒效应公式计算频率变化量；3. 分析频率变化量与相对速度之间的关系。
六、实验结果与分析1. 实验结果表明，当发射器和接收器之间有相对运动时，接收到的频率会发生改变，验证了多普勒效应的存在；2. 通过计算频率变化量，发现频率变化量与相对速度成正比，符合多普勒效应公式；3. 分析实验误差，可能来源于声源频率的波动、测量仪器的精度等因素。
七、实验结论1. 多普勒效应是波源和接收器之间相对运动时，接收到的波的频率发生改变的现象；2. 通过实验验证了多普勒效应的存在，并计算出频率变化量与相对速度之间的关系；3. 本实验有助于加深对多普勒效应的理解，提高实验技能。
多普勒效应综合实验
多普勒效应综合实验实验目的：a.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。
b.自由落体运动，并由v-t关系直线的斜率求重力加速度。
实验仪器：多普勒效应综合实验仪。
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，接收器接收到的频率f为：f?f0(u?v1cos?1)/(u?v2co?s2)（1）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）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）式解出来：v?u(f/f0?1)实验内容及步骤：1．实验仪的预调节实验仪开机后，首先要求输入室温，这是因为计算物体运动速度时要代入声速，而声速是温度的函数。
2.研究坯变速箱直线运动，检验牛顿第二运动定律实验时仪器的安装如图4所示，质量为m的垂直运动部件与质量m的砝码托及砝码悬挂于滑轮的两端，测量前砝码托吸在电磁铁上，测量时电磁铁释放砝码，系统在外力作用下加速运动。
运动系统的总质量为m+m，所受合外力（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，系统的加速度应属：a=(m-m)/(m+m)（4）用天平秤横向运动部件，砝码托及砝码质量，每次挑相同质量的砝码摆于砝码甩上，记录每次实验对应的m。
将垂直运动发射/接收器接入实验仪，在实验仪的工作模式选择界面上选择“频率调谐”调谐垂直运动发射/接收器的谐振频率，完成后回到工作模式选择界面，选择“变速运动测量实验”确认后进入测量设置界面。
设置采样点总数8，采样步距50ms，用?键选择“开始测试”，按确认键使电磁铁释放砝码托，同时实验仪按设置的参数自动采样。
取样完结后会以相似图3的界面显示v-t直线，用?键挑选“数据”，将表明的取样次数及适当速度计入表中2中（为防止电磁铁剩磁的影响，第1组与数据谅。
多普勒效应综合实验
二、实验内容－阻尼振动测量
• 采样数60，采样间隔80ms时，对用两根弹簧拉着 的小车（小车及支架上留有弹簧挂钩孔）所做水 平阻尼振动的一次测量及显示实例
8
三、实验思考
• 讨论多普勒测量声速误差的可能原因 • 除多普勒效应外，简述两种测量声速的其它方法 • 简述多普勒效应在现实生活中的应用及其基本物
多普勒效应综合实验
一、实验原理
• 多普勒效应：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。
• 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。
理原理
• 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，由
•得
• 当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负
u = f0/k 小车瞬时速度与其接收频率一一对应
• 接收频率的测量
超声 信号
导线
超声 信号
红外 调制
红外 解调
超声 信号
实验 仪
实验 仪
二、实验内容－多普勒测声速
1、多普勒验证实验
二、实验内容－多普勒测声速
1. 输入室温，自动检测调谐频率f0 2. 选中“多普勒效应验证实验”，并按“确认”； 3. 修改测试总次数（选择范围5~10，一般选5次），选中“开始测试”
； 4. 准备好后，按“确认”，仪器自动记录速度及与频率； 改变小车的运动速度，可用以下两种方式：
A. 利用砝码的不同组合实现改变速度 B.为便于操作，一般由小到大改变小车的运动速度。 5. 测试完成，显示测试总次数及已完成的测试次数； 6. 改变砝码质量，进行第二次测试； 7. 完成设定的测量次数后，仪器自动存储数据，并显示f－V关系图及测 量数据。
多普勒效应综合实验报告
多普勒效应综合实验报告一、实验目的1、深入理解多普勒效应的原理。
2、学会使用多普勒效应实验仪器测量相关物理量。
3、通过实验数据的分析和处理，验证多普勒效应的规律。
二、实验原理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，这种现象称为多普勒效应。
假设波源的频率为 f₀，波在介质中的传播速度为 v，观察者相对于介质的速度为 u₀（观察者靠近波源时速度为正，远离时为负），波源相对于介质的速度为uₛ（波源靠近观察者时速度为正，远离时为负）。
则观察者接收到的频率 f 为：当观察者相对于介质运动，波源相对于介质静止时：f ＝ f₀×（v ＋u₀) ／ v当波源相对于介质运动，观察者相对于介质静止时：f ＝ f₀×v ／（v uₛ)当波源和观察者都相对于介质运动时：f ＝ f₀×（v ＋ u₀) ／（vuₛ)三、实验仪器多普勒效应实验仪、数据采集器、计算机等。
四、实验步骤1、仪器连接与调试将多普勒效应实验仪与数据采集器和计算机正确连接。
打开实验仪器和计算机软件，进行参数设置和调试，确保仪器正常工作。
2、测量静止状态下的频率让波源和观察者都保持静止，测量此时接收到的频率f₀，并记录。
3、测量观察者运动时的频率让观察者以不同的速度 u₀相对于波源运动（靠近和远离），分别测量接收到的频率 f，并记录。
4、测量波源运动时的频率让波源以不同的速度 uₛ 相对于观察者运动（靠近和远离），分别测量接收到的频率 f，并记录。
5、数据采集与处理通过数据采集器将测量的数据传输到计算机中。
使用相关软件对数据进行处理和分析，绘制频率速度关系曲线。
五、实验数据及处理｜实验条件|速度（m/s）｜接收频率（Hz）｜｜｜｜｜｜波源静止，观察者静止|0|＿____|｜波源静止，观察者靠近|1|＿____|｜波源静止，观察者靠近|2|＿____|｜波源静止，观察者远离| －1|＿____|｜波源静止，观察者远离| －2|＿____|｜观察者静止，波源靠近|1|＿____|｜观察者静止，波源靠近|2|＿____|｜观察者静止，波源远离| －1|＿____|｜观察者静止，波源远离| －2|＿____|根据上述数据，以速度为横坐标，接收频率为纵坐标，绘制频率速度关系曲线。
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多普勒效应综合实验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。
【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自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
②简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。
③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。
④其它变速直线运动。
【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。
2、超声的红外调制与接收早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。
由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。
新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。
即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后，再将超声信号解调出来。
由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速，远远大于声速，它引起的多谱勒效应可忽略不计。
采用此技术将实验中运动部分的导线去掉，使得测量更准确，操作更方便。
信号的调制-发射-接收-解调，在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。
【实验仪器及简介】多普勒效应综合实验仪由实验仪，超声发射/接收器，红外发射/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。
实验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，图1为实验仪的面板图。
实验仪采用菜单式操作，显示屏显示菜单及操作提示，由 ☐ ❑ ♦ ◆ 键选择菜单或修改参数， 按“确认”键后仪器执行。
可在“查询”页面，查询到在实验时已保存的实验的数据。
操作者只 须按提示即可完成操作，学生可把时间和精力用于物理概念和研究对象，不必花大量时间熟悉特定的仪器使用，提高了课时利用率。
实验一 验证多普勒效应并由测量数据计算声速让小车以不同速度通过光电门，仪器自动记录小车通过光电门时的平均运动速度及与之对应的平均接收频率。
由仪器显示的f －V 关系图可看出速度与频率的关系，若测量点成直线，符合（2）式描述的规律，即直观验证了多普勒效应。
用作图法或线性回归法计算f －V 直线的斜率k ，由k 计算声速u 并与声速的理论值比较，计算其百分误差。
一．仪器安装如图2所示。
所有需固定的附件均安装在导轨上，并在两侧的安装槽上固定。
调节水平超声发射图1 多普勒实验仪面板图器的高度，使其与超声接收器（已固定在小车上）在同一个平面上，再调整红外接收器高度和方向，使其与红外发射器（已固定在小车上）在同一轴线上。
将组件电缆接入实验仪的对应接口上。
安装完图2 多普勒效应验证实验及测量小车水平运动安装示意图毕后，让电磁铁吸住小车，给小车上的传感器充电，第一次充电时间约6～8秒，充满后(仪器面板充电灯变绿色)可以持续使用4～5分钟。
在充电时要注意，必须让小车上的充电板和电磁铁上的充电针接触良好。
【注意事项】①安装时要尽量保证红外接收器、小车上的红外发射器和超声接收器、超声发射器三者之间在同一轴线上，以保证信号传输良好；②安装时不可挤压连接电缆，以免导线折断；③小车不使用时应立放，避免小车滚轮沾上污物，影响实验进行。
二．测量准备1．实验仪开机后，首先要求输入室温。
因为计算物体运动速度时要代入声速，而声速是温度的函数。
利用♦◆将室温T值调到实际值，按“确认”。
然后仪器将进行自动检测调谐频率f0，约几秒钟后将自动得到调谐频率，将此频率f0记录下来，按“确认”进行后面实验。
三．测量步骤1．在液晶显示屏上，选中“多普勒效应验证实验”，并按“确认”；2．利用◆键修改测试总次数（选择范围5~10，一般选5次），按▼，选中“开始测试”；3．准备好后，按“确认”，电磁铁释放，测试开始进行，仪器自动记录小车通过光电门时的平均运动速度及与之对应的平均接收频率；改变小车的运动速度，可用以下两种方式：a．砝码牵引：利用砝码的不同组合实现；b．用手推动：沿水平方向对小车施以变力，使其通过光电门。
为便于操作，一般由小到大改变小车的运动速度。
4．每一次测试完成，都有“存入”或“重测”的提示，可根据实际情况选择，“确认”后回到测试状态，并显示测试总次数及已完成的测试次数；5．改变砝码质量（砝码牵引方式），并退回小车让磁铁吸住，按“开始”，进行第二次测试；6．完成设定的测量次数后，仪器自动存储数据，并显示f－V关系图及测量数据。
【注意事项】小车速度不可太快，以防小车脱轨跌落损坏。
四．数据记录与处理由f－V关系图可看出，若测量点成直线，符合（2）式描述的规律，即直观验证了多普勒效应。
用◆键选中“数据”，❑键翻阅数据并记入表1中，用作图法或线性回归法计算f－V关系直线的斜率k。
公式（4）为线性回归法计算k值的公式，其中测量次数i＝5 ～n，n≤10。
2 2i i iiiiV V fVfVk-⨯-⨯=（4）由k计算声速u = f0/k，并与声速的理论值比较，声速理论值由u0 = 331(1＋t/273)1/2 (米/秒)计算，t表示室温。
测量数据的记录是仪器自动进行的。
在测量完成后，只需在出现的显示界面上，用◆键选中“数据”，❑键翻阅数据并记入表1中，然后按照上述公式计算出相关结果并填入表格。
表1 多普勒效应的验证与声速的测量f0 =测量数据直线斜率k (1/m) 声速测量值u=f0/k (m/s)声速理论值u0(m/s)百分误差(u-u0)/u0次数i 1 2 3 4 5 6V i(m/s)f i (Hz)实验二研究自由落体运动，求自由落体加速度让带有超声接收器的接收组件自由下落，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，并调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而计算自由落体加速度。
一．仪器安装与测量准备仪器安装如图5所示。
为保证超声发射器与接收器在一条垂线上，可用细绳栓住接收器，检查从电磁铁下垂时是否正对发射器。
若对齐不好，可用底座螺钉加以调节。
充电时，让电磁阀吸住自由落体接收器，并让该接收器上充电部分和电磁阀上的充电针接触良好。
充满电后，将接收器脱离充电针，下移悬挂在电磁铁上。
二．测量步骤1．在液晶显示屏上，用▼选中“变速运动测量实验”，并按“确认”；2．利用◆键修改测量点总数，通常选10~20个点（选择范围8~150）；▼选择采样步距，通常选10～30ms（选择范围10~100ms），选中“开始测试”；3．按“确认”后，电磁铁释放，接收器组件自由下落。
测量完成后，显示屏上显示v-t图，用◆键选择“数据”，阅读并记录测量结果。
4．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。
可按以上程序进行新的测量。
三．数据记录与处理将测量数据记入表2中，由测量数据求得V－t直线的斜率即为重力加速度g。
为减小偶然误差，可作多次测量，将测量的平均值作为测量值，并将测量值与理论值比较，求百分误差。
采样次数i 2 3 4 5 6 7 8 9 g(m/s2) 平均值g理论值g0百分误差(g-g0)/g0t i =0.05(i-1) (s) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40表2 自由落体运动的测量注：表2中t i =0.05(i-1) ，t i 为第i 次采样与第1次采样的时间间隔差， 0.05表示采样步距为50ms 。
如果选择的采样步距为20ms ，则t i 应表示为t i =0.02(i-1)。
依次类推，根据实际设置的采样步距而定采样时间。
【注意事项】① 须将“自由落体接收器保护盒”套于发射器上，避免发射器在非正常操作时受到冲击而损坏；② 安装时切不可挤压电磁阀上的电缆； ③ 接收器组件下落时，若其运动方向不是严格的在声源与接收器的连线方向，则α1（为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，右图是其示意图）在运动过程中增加，此时公式（2）不再严格成立，由（3）式计算的速度误差也随之增加。
故在数据处理时，可根据情况对最后2个采样点进行取舍。
实验三、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 轴，其运动方程为：V i V iV i1 α1接收器位置2α1接收器运动方向 声源图4 运动过程中 α1角度变化示意图22d xm kx dt=- （5） 由（5）式描述的运动称为简谐振动，当初始条件为t = 0时，x = －A 0，V = dx/dt = 0，则方程（6）的解为：x = －A 0cos ω0t （6）将（6）式对时间求导，可得速度方程：V = ω0A 0sin ω0t （7）由（6）（7）式可见物体作简谐振动时，位移和速度都随时间周期变化，式中ω0 = (k/m)1/2，为振动的角频率。