用多普勒效應(yīng)研究物體運(yùn)動的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)浙江農(nóng)林大學(xué)

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1、用多普勒效應(yīng)研究物體運(yùn)動的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)班級：學(xué)號：姓名：聯(lián)系方式：實(shí)驗(yàn)時間：年月日摘要：本實(shí)驗(yàn)是以多普勒實(shí)驗(yàn)原理為基礎(chǔ),根據(jù)預(yù)先設(shè)汁好的實(shí)驗(yàn)方案.利用實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和用具，研究物體的運(yùn)動狀態(tài)，求重力加速度和驗(yàn)證牛頓第二定律,再依據(jù)實(shí)驗(yàn)所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：多普勒效應(yīng)、重力加速度、簡諧運(yùn)動、牛頓第二定律一、引言用氣墊導(dǎo)軌研究物體的運(yùn)動實(shí)驗(yàn)了解了物休運(yùn)動的規(guī)律，多普勒效應(yīng)測聲速實(shí)驗(yàn)對多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀的熟悉后，本實(shí)驗(yàn)利用多普勒效應(yīng)將超聲探頭作為運(yùn)動傳感器,研究物體的運(yùn)動狀態(tài)。根裾實(shí)驗(yàn)室提供的普勒實(shí)驗(yàn)設(shè)備，來設(shè)計(jì)求重力加速度，.設(shè)計(jì)簡諧運(yùn)動方

2、案等方案，完成物體運(yùn)動的研究任務(wù)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1?利用實(shí)驗(yàn)室捉供的儀器和提供的用具，有v-t圖關(guān)系直線的斜率求重力加速度。2.設(shè)計(jì)簡單的簡諧運(yùn)動方案，測量簡諧振動的周期等參數(shù)，并與理論值比較，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。三、實(shí)驗(yàn)儀器整套儀器由試驗(yàn)儀，超聲波發(fā)射/接收器，導(dǎo)軌，支架，電磁鐵，彈簧，滑輪，砝碼等組成。四、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)聲波的多普勒效應(yīng)公式，當(dāng)聲源與接收器之間有相對運(yùn)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(yùn)動速率，α1為聲源與接收器連線與接收器運(yùn)動方向之間的夾角，V2

3、為聲源運(yùn)動速率，α2為聲源與接收器連線與聲源運(yùn)動方向之間的夾角。）若聲源保持不動，運(yùn)動物體上的接收器沿聲源與接收器連線方向以速度V運(yùn)動，則從（1）式可得接收器接收到的頻率應(yīng)為：f=f0（1+V/u）（2）當(dāng)接收器向著聲源運(yùn)動時，V取正，反之取負(fù)。若f0保持不變，以光電門測量物體的運(yùn)動速度，并由儀器對接收器接收到的頻率自動計(jì)數(shù)，根據(jù)（2）式，作f-V關(guān)系圖可直觀驗(yàn)證多普勒效應(yīng)，且由實(shí)驗(yàn)點(diǎn)作直線，其斜率應(yīng)為k=f0/u，由此可計(jì)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(shè)置使儀器以某種時間間隔對接收器接收到的頻率

4、f采樣計(jì)數(shù)，由微處理器按（3）式計(jì)算出接收器運(yùn)動速度，由顯示屏顯示V－t關(guān)系圖，或調(diào)閱有關(guān)測量數(shù)據(jù)，即可得出物體在運(yùn)動過程中的速度變化情況，進(jìn)而對物體運(yùn)動狀況及規(guī)律進(jìn)行研究。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)儀的預(yù)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀開機(jī)后，首先耍求輸入室溫，這是因?yàn)橛?jì)箅物體運(yùn)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(qū)動頻率進(jìn)行調(diào)諧。以接受器諧振電流達(dá)到最大作為諧振的數(shù)椐。在超聲應(yīng)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(diào)到諧振頻率，才能有效的發(fā)射與接收超聲波。2、設(shè)計(jì)簡諧振動如圖2所示安裝實(shí)驗(yàn)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彈簧上。

5、接收組件懸掛上彈簧之后，測最彈簧長度。加掛質(zhì)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(jì)算k。用天平稱垂直運(yùn)動超聲接收器接收器組件的質(zhì)量M,由k和M就可計(jì)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(yùn)動測量實(shí)驗(yàn)”：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(rèn)”，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)0.200.250.300.35ViViViViM(k

6、g)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(shí)驗(yàn)誤差分析1系統(tǒng)誤差：(1)實(shí)驗(yàn)中滑輪與細(xì)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(xì)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(hù)時，不小心碰到接收器的細(xì)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(jié)束語通過本次的實(shí)驗(yàn)，加深我們對多普勒效應(yīng)諧振動的了解及其實(shí)際的應(yīng)用。拓

7、展了我們對現(xiàn)有學(xué)習(xí)的知識的實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)中最主要的誤差因來源于定滑輪與細(xì)繩的摩檫力和彈簧的勁度系數(shù)的分布不均勻?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)定滑輪和史換彈簧來解決問題。所以在以后做實(shí)驗(yàn)的時候需要更加的細(xì)心和認(rèn)真的去分析遇到的問題。做實(shí)驗(yàn)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(xiàn)新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)主編：趙麗華倪涌舟浙江大學(xué)出版