大学物理实验-多普勒效应

1. 验证多普勒效应
次数
速度v (m/s)
红移 蓝移
f
(Hz)
f f f0
1 2 3 4 5 6
数据处理
2. 声速测量
观测者向着（或远离）波源匀速直线运动
测量数据（f0 = ）
次数 1 2 3 4 5
v (m/s)
f (Hz)
直线斜率 声速测 声速 百分
（1/m） 量值 理论 误差
6
值
数据处理
实验原理
对于机械波和电磁波而言，当波源或观察者相对于 介质运动时，观察者接收到的波的频率和波源实际发出 的频率不相同的现象，称为多普勒效应（Doppler effect）。这种现象是奥地利物理学家多普勒（18031853）于1842年首先发现的。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。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。
2. 机械波与光波的多普勒效应有什么区别？
3. 当波源运动的速度等于声波传播速度时会出现 什么现象，当波源运动的速度大于声波传播速度 时会出现什么现象？为什么飞机会以亚音速和超 音速来区分其飞行速度，如果飞机以音速飞行会 怎么样？
实验要求：
1.完成实验设计、实验报告，保留实验照片； 2.完成思考题，提交到雨课堂课后作业处。
实验原理
1. 波源静止观测者运动 在这种情况下, vs=0, v≠0 . 若观 测者向着波源运动, 相当于波以速率u+v 通过观测者. 因
此单位时间内通过观测者的完整波数, 即接受频率为
f uv
uv u / f0
(1
v u
)
f0
（1）
当观测者离开波源运动时, 实际观测频率将低于波源的
频率, 即
f
(1
v u
)
f0
（2）
其中，f0为声源频率，f为接收频率，u为波速，v为观 察者（接收器）的速度。
波源和观察者 没有相对运动
观察者靠近波源 接收频率增大
观察者远离波源 接收频率减小
实验原理
2. 观测者静止波源运动 在这种情况下, v=0, vs≠0. 当
波源静止时, 波长=uT; 然而当波源以速度vs 向着观
据（3）式或（4）式，作 v-t 关系图，可得出物体在运
动过程中的速度变化情况
vs
mu(
f0 f
1)
。
实验内容
也可自行设计！！！
1. 将已知频率的声源固定于自行车（或电动车）上，先 对phyphox软件声音频率测量校准；
2. 自行车以一个稳定速度远离声源，利用手机上 phyphox软件的多普勒效应传感器记录接收频率和相对 速度；
测者运动时, 由于一个周期T内波源已逼近观测者vsT 的距离, 所以在观测看来, 波在一个周期内走过的距
离
vsT (u vs )T
又由于波在介质中传播速度不变, 所以观测者实际则
得的频率
f
u u 1 u
u vs T u vs
f0
（3）
同理可以得到波源远离观测者时频率为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u
f
u vs
3.匀变速直线运动的测量（选做）
n 2 3 4 5 6 7 8 加速 度a (m/s)
1v
2v
3v
4v
注意事项
1.在空旷处进行实验，防止其它波源干扰；
2.实验过程中注意人身安全。
3.实验过程中尽量保持声源与接收器的速度在 同一直线上。
思考题
先在雨课堂讨论区交流，再提交到课后作业处！
1.实验过程中尽量保持声源与接收器速度在同一 直线上，若不延同一直线，对实验结果会有什么 影响？
f0
（4）
实验原理
3. 波源与观测者均运动 综合以上两种情况, 当观测者 与波源同时相对于介质运动时, 观测者实际观测的频率
f
uv u mvs
f0
式中, 观测者向着波源运动时, v前取正号, 离开时取负号； 波源向着观测者运动时, vs前取负号, 离开时取正号.
若波源与观察者 不沿二者连线运动
f
大学物理实验
--------- 多普勒效应
• 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容 • 数据处理 • 注意事项 • 思考题
实验目的
1.理解多普勒效应，研究观测多普勒效应的方法; 2.学习使用智能手机测量声波频率的方法。
实验仪器
1. 智能手机一部，下载相关软件(phyphox)。 2. 已知频率的声源(可用phyphox中音频发生 器)。 3. 自行车或电动车等产生相对运动的设备。
uv' u mv 's
f0
v's
vs
vo
v'o
实验原理
f
(1 v u
) f0
若f0保持不变，根据（1）式或（2）式，作f-v关系图
可直接验证多普勒效应，且由试验点作直线，其斜率为
k f0 u
（利用线性回归法计算k值），由此可计算
出声速 u 。
若已知声速u 和声源频率f0，物体匀变速直线运动根
3. 以不同速度靠近声源，记录接收频率和相对速度。 4. 验证多普勒效应（必做）。 5. 测量声速（必做）。 6. 匀变速直线运动的测量（选做）。
可接入扬声器
注意：多普勒 传感器的基准 频率要与音频 发生器设定的 频率匹配。
接收频率
波源与手机间 的相对速度
数据处理
观测者向着（或远离）波源匀速直线运动