原创《多普勒效应测量物体运动速度的实验设计》：这是一篇与多普勒效应论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料,为你的论文写作提供参考。
摘 要：本文介绍了设计性实验“多普勒效应测量运动物体的未知速度”,设计出一套测量运动物体速度的实验装置,该装置主要由DH-DPL1多普勒效应及声速综合测试仪、控制物体运动的智能控制系统和测试架等组成,学生通过该实验加深了对多普勒效应测速原理的理解.
关键词：多普勒效应；设计性实验；测速
中图分类号：O426.9文献标识码：A
大学物理实验是对学生进行科学实验训练的重要基础,通过实验,使学生学会查阅资料,掌握较深的实验原理,学会操作较复杂和现代化仪器设备,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力以及独立实验的能力.尤其是在研究创新性实验教学中,通过设计性实验,学生对科学实验的全过程做到到训练,调动学生的主观能动性,拓宽知识面,提高独立研究能力和创造能力.
因此,我们在大学物理实验教学环节开设了开放性实验项目,其中多普勒效应测量运动物体的未知速度就是其中一项,通过开展该实验,激发了学生的学习热情同时也提高了学生独立设计物理实验的技能.在该实验中,学生独立完成以下几项内容：第一理解利用多普勒效应测速原理,第二实验装置的搭建,第三数据测量和拟合.
多普勒效应的测速原理
在无吸收、各向同性、均匀介质中,如果波源和接收者均相对介质静止,则接收到的频率等于波源的发射频率.如果两者（或其中一者）相对介质运动,则接收频率与发射频率不再相等,这就是著名的多普勒效应现象.为简单起见,设波源S、接收者O都在两者的连线上运动,设波源发出的频率为f0,波在介质中的传播速度为u,波源S相对介质的速度为VS,接收者O相对介质的速度为V0,VS、V0当接收者与波源相向运动为正,远离为负.
当波源静止于介质中,接收者以速度V0向着波源运动,根据速度合成法则,此时接收者感到波以u+V0速度通过自己,则接收者1秒中收到的波数,即接收频率为
若波源和观察者的运动方向是任意的,需要把速度分解到连线方向上,把分量带入上述公式即可.
本实验研究第二种情况,声源和介质不动,接收器运动,已知声速u,设接收器的运动速度为V,声源的发射频率为f0,接收器接收的频率为f,根据多普勒效应的频率变化公式,计算出接收器运动速度为
实验系统的设计
实验装置主要构成部分有DH-DPL1多普勒效应及声速综合测试仪、智能控制系統和测试架.按照图1连接好装置,调节运动导轨水平,将一个超声换能器置于轨道的一端,并将其与测试仪的发射端连接,智能控制系统用来控制装有接收换能器的小车,可使小车在轨道上做变速直线运动.
3 实验内容
3. 数据测量
实验首先要调节谐振频率,也就是在声源和接收器都静止时,发射频率和接收频率相等,并记下该谐振频率,然后切换菜单进入“变速运动实验”,设置好采样点数160,采样步距50ms.智能控制系统有7种变速运动模式,本实验采用ACC5变速模式,“开始测量”,由系统记录接收到的信号的频率.
3. 实验数据分析
实验测做到换能器谐振频率,即声源的发射频率f0等于37300Hz,室温t等于27.0℃,根据u等于331.451+t273.16m/s,t为摄氏温标下的室温,计算出声速u等于347.4m/s,根据公式（4）,可以求做到运动物体的速度.实验数据测量及计算结果如下表所示.
根据运动物体的速度与时间对应关系,使用Matlab进行数据拟合,做到到函数关系图像如图2所示.
很显然,数据图像表明物体在水平方向上做简谐振动,拟合结果显示,速度最大值为0.2787m/s,振动周期T等于3100ms,振幅A等于0.1347m.
4 结论
本文介绍的“多普勒效应测量运动物体的未知速度”实验系统将前沿科研成果与传统物理实验相结合,开拓了学生的视野.本实验系统结构简单,仪器智能化程度较高,可由学生自主设计.通过完成本实验,学生不但深入了解多普勒效应测量速度的原理,锻炼了学生自主设计新物理实验的能力,更增强了学生的创新意识和创新能力.
参考文献：
[1]刘海霞.物理实验与培养学生创新能力的思考与实践[J].实验室研究与探索,2009,28（7）：1213.
[2]朱峰.大学物理[M].北京：清华大学出版社,2016：254-255.
多普勒效应论文参考资料：
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