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《用多普勒效應研究物體運動的設計和實現(xiàn)浙江農(nóng)林大學》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、用多普勒效應研究物體運動的設計和實現(xiàn)班級：學號：姓名：聯(lián)系方式：實驗時間：年月日摘要：本實驗是以多普勒實驗原理為基礎,根據(jù)預先設汁好的實驗方案.利用實驗室提供的儀器和用具，研究物體的運動狀態(tài)，求重力加速度和驗證牛頓第二定律,再依據(jù)實驗所得原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理和分析，得出結論。關鍵詞：多普勒效應、重力加速度、簡諧運動、牛頓第二定律一、引言用氣墊導軌研究物體的運動實驗了解了物休運動的規(guī)律，多普勒效應測聲速實驗對多普勒效應綜合實驗儀的熟悉后，本實驗利用多普勒效應將超聲探頭作為運動傳感器,研究物體的運動狀態(tài)。根裾實驗室提供的普勒實驗設備，來設計求重力加速度，.設計簡諧運動
2、方案等方案，完成物體運動的研究任務。二、實驗任務1?利用實驗室捉供的儀器和提供的用具，有v-t圖關系直線的斜率求重力加速度。2.設計簡單的簡諧運動方案，測量簡諧振動的周期等參數(shù)，并與理論值比較，驗證機械能守恒定律。三、實驗儀器整套儀器由試驗儀，超聲波發(fā)射/接收器，導軌，支架，電磁鐵，彈簧，滑輪，砝碼等組成。四、實驗原理根據(jù)聲波的多普勒效應公式，當聲源與接收器之間有相對運動時，接收器接收到的頻率f為：f=f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1）（式中f0為聲源發(fā)射頻率，u為聲速，V1為接收器運動速率，α1為聲源與接收器連線與接收器運動方向之間的夾角，
3、V2為聲源運動速率，α2為聲源與接收器連線與聲源運動方向之間的夾角。）若聲源保持不動，運動物體上的接收器沿聲源與接收器連線方向以速度V運動，則從（1）式可得接收器接收到的頻率應為：f=f0（1+V/u）（2）當接收器向著聲源運動時，V取正，反之取負。若f0保持不變，以光電門測量物體的運動速度，并由儀器對接收器接收到的頻率自動計數(shù)，根據(jù)（2）式，作f-V關系圖可直觀驗證多普勒效應，且由實驗點作直線，其斜率應為k=f0/u，由此可計算出聲速u=f0/k。由（2）式可解出：V=u（f/f0–1）（3）若已知聲速u及聲源頻率f0，通過設置使儀器以某種時間間隔對接收器接收到
4、的頻率f采樣計數(shù)，由微處理器按（3）式計算出接收器運動速度，由顯示屏顯示V－t關系圖，或調閱有關測量數(shù)據(jù)，即可得出物體在運動過程中的速度變化情況，進而對物體運動狀況及規(guī)律進行研究。五、實驗內容1、實驗儀的預調節(jié)實驗儀開機后，首先耍求輸入室溫，這是因為計箅物體運動速度時要代入聲速，而聲速是溫度的函數(shù)。要求對超聲發(fā)生器的驅動頻率進行調諧。以接受器諧振電流達到最大作為諧振的數(shù)椐。在超聲應用中，需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配，并將駙動頻率調到諧振頻率，才能有效的發(fā)射與接收超聲波。2、設計簡諧振動如圖2所示安裝實驗裝置將彈簧懸掛于電磁鐵上方的排鉤孔中，接收器組件的尾翼懸掛在
5、彈簧上。接收組件懸掛上彈簧之后，測最彈簧長度。加掛質量為m的砝碼，測量加掛砝碼后彈簧的伸長Δx，然后取下砝碼。由m及Δx就可計算k。用天平稱垂直運動超聲接收器接收器組件的質量M,由k和M就可計算ωo,并與角頻率的測里值ω比較。在液晶顯示屏上，選中“變速運動測量實驗”：選擇測試次數(shù)；將接收器從平衡位置垂直向下拉約20cm,松手讓接收器自由振蕩，然后按“確認”，接圖2收器組件開始作簡諧振動。記錄儀器上的數(shù)椐。六、數(shù)據(jù)處理和分析采樣次數(shù)i5678g百分誤差(m/s2)平均值g理論值g0(g-g0)/g0ti=s(i-1)(s)0.200.250.300.35ViViVi
6、ViM(kg)Δx(m)k=mg/Δx(kg/s2)ω0=(k/M)1/2(1/s)N1maxN8maxT=0.01(N11max－N1max)(s)ω=2π/T(1/s)百分誤差(ω－ω0)/ω0七、實驗誤差分析1系統(tǒng)誤差：(1)實驗中滑輪與細繩等處存在摩擦力，影響物體下落的加速度大小;C2)滑輪卡得太緊，細繩不容易滑落產(chǎn)生較大的阻力：(3)彈簧用的過度，各處的的勁度系數(shù)不冋。2偶然誤差：接收器在下落時的保護時，不小心碰到接收器的細繩產(chǎn)生阻力?，按收器安裝時與發(fā)射器不在同一直線上，接收的頻率有誤差。八、結束語通過本次的實驗，加深我們對多普勒效應諧振動的了解及其實
7、際的應用。拓展了我們對現(xiàn)有學習的知識的實際應用的領域。實驗中最主要的誤差因來源于定滑輪與細繩的摩檫力和彈簧的勁度系數(shù)的分布不均勻?？梢酝ㄟ^調節(jié)定滑輪和史換彈簧來解決問題。所以在以后做實驗的時候需要更加的細心和認真的去分析遇到的問題。做實驗的最主要的目的是培養(yǎng)了我們分析問題和解決問題的能力。同時收獲更多的知識也足必要的。九、參考文獻新編大學物理實驗主編：趙麗華倪涌舟浙江大學出版
