專利名稱：多譜勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物理實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，特別是涉及能定量測量聲速和物體運(yùn)動(dòng)速度并驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)的多譜勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)兩輛火車相向而行時(shí)，乘客一定有這樣的感受，在火車越來越接近時(shí)，車的汽笛聲變得急促而尖銳，而在火車相遇之后，隨著兩車距離的加大，汽笛聲變得粗厚。這個(gè)就是由多譜勒效應(yīng)而造成的，多譜勒效應(yīng)即為如果波源或觀察者相對于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)，或兩者均相對于媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)，則波的頻率或接收到的頻率要發(fā)生變化或兩者均變的現(xiàn)象。
多譜勒效應(yīng)在科學(xué)研究，工程技術(shù)，交通管理，醫(yī)療診斷，測量技術(shù)等各方面都有十分廣泛的應(yīng)用。例如雷達(dá)系統(tǒng)就是基于多譜勒效應(yīng)原理，應(yīng)用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星、車輛等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度的監(jiān)測。醫(yī)學(xué)上的超聲波對人體內(nèi)臟活動(dòng)情況及血液流速的檢測都是根據(jù)多譜勒效應(yīng)的原理進(jìn)行的。
多普勒效應(yīng)是大學(xué)物理的一個(gè)重要內(nèi)容，目前多普勒效應(yīng)的教學(xué)演示儀器較多，但用于實(shí)驗(yàn)的儀器很少，也存在很多不足，無法準(zhǔn)確測量。
國內(nèi)同類儀器有成都世紀(jì)中科儀器有限公司生產(chǎn)的多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，它是用超聲換能器作信號發(fā)射和接收，受其限制，實(shí)驗(yàn)中只能用一個(gè)信號頻率，不能作改變信號頻率的實(shí)驗(yàn)。另外它的小車運(yùn)動(dòng)是靠砝碼滑輪帶動(dòng)，無法保持勻速運(yùn)動(dòng)，與理論定義有差距。
德國PHYWE公司生產(chǎn)的聲波多普勒效應(yīng)儀，帶有計(jì)算機(jī)檢測軟件和接口，但軟件檢測頻率受到很大限制，只能在某一范圍較準(zhǔn)確，精度不高。另外其小車運(yùn)動(dòng)用電池驅(qū)動(dòng)，只有兩檔速度變化，測量參數(shù)變化非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種應(yīng)用于教學(xué)上，面向?qū)W生使用的可靠、操作性強(qiáng)、物理量顯示簡潔并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理改變不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行測量的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明提供一種多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置分成三個(gè)部分主機(jī)、信號發(fā)生控制器、信號采集處理。
所述主機(jī)是由速度控制器、軌道、步進(jìn)電機(jī)、皮帶輪、皮帶、小車、光電門、聲源頭、信號接收器和機(jī)座組成，小車固定在皮帶上，機(jī)座上步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，小車兩輪子在軌道上，機(jī)座一側(cè)有電機(jī)轉(zhuǎn)速的速度控制器，小車邊上裝有擋光片，聲源頭或音頻信號接收器固定安裝機(jī)座一端或小車上，機(jī)座上裝有用于測速和控制小車停止的光電門。
所述信號發(fā)生控制器是一臺具有信號頻率和幅度可調(diào)的頻率信號發(fā)生器和速度顯示、頻率顯示、小車運(yùn)動(dòng)控制、復(fù)位功能的儀表，儀表面板上分別有頻率，幅度兩調(diào)節(jié)旋鈕，數(shù)字顯示頻率值和擋光片經(jīng)過光電門的時(shí)間，儀表背面有頻率輸出接口，光電門接口和示波器接口，控制接口。
所述信號采集處理，由音頻信號接收器，計(jì)算機(jī)音頻輸入口和頻譜分析軟件組成。
本發(fā)明信號采集還可以通過微型MP3錄音機(jī)錄制。將錄音機(jī)放置在小車上面的盒中或機(jī)座一端，錄音口與聲源相對，作為音頻信號接收器。
本發(fā)明機(jī)座上裝有三個(gè)光電門，中間的為測速光電門，兩邊的為控制小車停止光電門。
本發(fā)明測速光電門的位置可移動(dòng)改變。小車經(jīng)過軌道兩端的光電門自動(dòng)停止。聲源頭和接收器安裝位置根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可互換。
本發(fā)明音頻信號發(fā)生器的信號頻率范圍在10KHz～20KHz。
本發(fā)明的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置測量方法為按控制按鈕步進(jìn)電機(jī)接通電源后小車啟動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶輪使小乍在機(jī)座的軌道上運(yùn)動(dòng)，通過速度控制器的調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變小車運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)小車速度的連續(xù)可調(diào)并可選擇小車作勻速運(yùn)動(dòng)或變速運(yùn)動(dòng)；測速光電門通過擋光片經(jīng)過光電門的時(shí)間，測量小車經(jīng)過的時(shí)間，計(jì)算小車運(yùn)動(dòng)速度，光電門的位置可移動(dòng)改變，時(shí)間值在信號發(fā)生控制器的顯示窗顯示；音頻信號發(fā)生器的信號頻率由信號發(fā)生控制器的頻率調(diào)節(jié)按鈕調(diào)節(jié)，幅度由幅度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)；頻率值在面板上的數(shù)字顯示窗顯示；信號采集的音頻信號接收器將收到聲源頭的聲音信號通過導(dǎo)線接入計(jì)算機(jī)的音頻輸入口，計(jì)算機(jī)以文件形式保存，用頻譜分析軟件對聲音文件中靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分的信號分別作頻譜分析和數(shù)值處理。本發(fā)明提供的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)以下的功能1、小車運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。
2、小車運(yùn)動(dòng)方向可改變。
3、小車可作勻速運(yùn)動(dòng)或變速運(yùn)動(dòng)。
4、聲源和接收頭的位置可互換。
5、聲源和接收器作相對運(yùn)動(dòng)、聲源和接收器作非相對運(yùn)動(dòng)。
6、音頻信號發(fā)生器輸出頻率范圍在10KHz～20KHz，不產(chǎn)生噪音并大小可調(diào)。
7、測速光電門位置可調(diào)。
8、接收到的音頻信號由麥克風(fēng)直接輸入計(jì)算機(jī)保存或通過微型MP3錄音機(jī)錄制保存。
9、通過頻譜軟件，分析測定小車靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)的頻率，驗(yàn)證多普勒效應(yīng)并計(jì)算相應(yīng)的物理量。
本發(fā)明提供的綜合物理實(shí)驗(yàn)原理及方法根據(jù)聲波的多譜勒效應(yīng)公式，當(dāng)聲源與接收器之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收器收到的頻率f為f＝f0(c+v1cosα1)/(c-v2cosα2)(1)式中f0為聲源發(fā)射頻率，c為聲速，v1為接收器運(yùn)動(dòng)速率，α1為聲源與接收器連線與接收器運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角，v2為聲源運(yùn)動(dòng)速率，α2為聲源與接收器連線與聲源運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。
如果α1＝0、α2＝0，則可表示為f＝f0(c+v1)/(c-v2) (2)已知聲源頻率f0和聲速就能根據(jù)(2)解出接收器運(yùn)動(dòng)速度或聲源的運(yùn)動(dòng)速度。
已知聲源頻率f0和接收器運(yùn)動(dòng)速度或聲源的運(yùn)動(dòng)速度就能根據(jù)(2)解出聲速。
如果v1≠0、α1≠0、v2＝0，則可表示為f＝f0(c+v1cosα1)/c(3)已知聲速、聲源頻率f0和接收器運(yùn)動(dòng)速度就能根據(jù)(3)解出小車任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)方向與聲源連線之間的夾角的α1。
本發(fā)明提供多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀具有以下優(yōu)點(diǎn)采用步進(jìn)電機(jī)皮帶輪結(jié)構(gòu)保證了物體勻速運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證條件，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)物體的變速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用多普勒效應(yīng)測量小車運(yùn)動(dòng)任意時(shí)刻Δti時(shí)的速度，得出小車的運(yùn)動(dòng)方程。
本實(shí)驗(yàn)裝置不需要專門的計(jì)算機(jī)接口，只需通過計(jì)算機(jī)的音頻輸入口，將聲音文件錄制保存即可，降低了成本。通過頻譜分析軟件可對錄制的音頻信號進(jìn)行分析，分別得到物體靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下接收到的信號頻率。
本實(shí)驗(yàn)裝置可做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，在不同的信號源頻率情況下、不同的小車運(yùn)動(dòng)速度情況下、小車運(yùn)動(dòng)方向不同的情況下、聲源和接收器位置互換等情況下、聲源和接收器非相對運(yùn)動(dòng)情況下均可進(jìn)行測量，驗(yàn)證理論公式或計(jì)算聲速和運(yùn)動(dòng)物體的速度和建立物體運(yùn)動(dòng)方程等。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以在線分析處理或先保存之后再做處理，非常靈活方便。儀器上還配有示波器接口，信號也可在示波器上顯示。
本發(fā)明采用上述實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)方法構(gòu)成了一種多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅能研究聲波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象及驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)公式，而且在信號的數(shù)據(jù)處理上運(yùn)用了頻譜分析，拓展了學(xué)生的知識面可提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。


附圖1為本發(fā)明多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置圖1、底座 2、皮帶 3、擋光片 4、小車 5、調(diào)速旋鈕 6、控制按鈕 7、小車停止光電門 8、信號發(fā)生控制器 9、接收器 10、頻率顯示窗 11、頻率調(diào)節(jié)旋鈕 12、頻率幅度調(diào)節(jié)示 13、時(shí)間顯示窗 14、測速光電門 15、小車停止光電門 16、聲源頭附圖2 小車速度一定下，f0～f關(guān)系圖(離開)附圖3 小車速度一定下，f0～f關(guān)系圖(朝向)附圖4 聲源頻率17kHz，v2～f關(guān)系圖(離開)附圖5 聲源頻率17kHz，v2～f關(guān)系圖(朝向)附圖6 小車運(yùn)動(dòng)情況附圖7 運(yùn)動(dòng)小車的t～f圖附圖8 小車各時(shí)刻速度在連線方向分量大小和方向的變化具體實(shí)施方式
實(shí)施例1多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置參見附圖1，發(fā)明多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置由主機(jī)、信號發(fā)生控制器、信號采集處理三部分組成。
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶輪使小車4在機(jī)座1的軌道上運(yùn)動(dòng)。電機(jī)和皮帶輪固定在機(jī)座1上，小車4與皮帶2固定，小車4邊上裝有擋光片3。通過調(diào)速旋鈕5調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變小車運(yùn)動(dòng)速度。光電門14用于測量小車4經(jīng)過的時(shí)間，計(jì)算小車4運(yùn)動(dòng)速度。光電門14的位置可移動(dòng)改變，時(shí)間值在的時(shí)間顯示窗13顯示，信號發(fā)生控制器8的面板上有頻率調(diào)節(jié)旋鈕11，幅度調(diào)節(jié)旋鈕12，頻率顯示窗10，時(shí)間顯示窗13，信號發(fā)生控制器8背面有頻率輸出接口，光電門接口和示波器接口，控制接口。控制按鈕6控制小車啟動(dòng)，軌道兩端的光電門7、15為小車停止光電門。音頻信號發(fā)生器的信號頻率由的頻率調(diào)節(jié)旋鈕11調(diào)節(jié)，幅度由幅度調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)。頻率值在面板上的頻率顯示窗10顯示。聲源頭16的安放位置可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇固定在小車4上或機(jī)座1一端。音頻信號接收器9的安放位置也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇固定在機(jī)座1一端或小車4上。接收器9將收到的聲音信號通過導(dǎo)線接入計(jì)算機(jī)的音頻輸入口，計(jì)算機(jī)以文件形式保存。用頻譜分析軟件對聲音文件中靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分的信號分別作頻譜分析和數(shù)值處理。信號采集還可以通過微型MP3錄音機(jī)錄制。將錄音機(jī)放置在小車上面的盒中或底座一端，錄音口與聲源相對，作為音頻信號接收器。
多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置測量方法為按控制按鈕6小車啟動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶輪使小車4在機(jī)座1的軌道上運(yùn)動(dòng)，通過速度控制器的調(diào)速旋鈕5調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變小車運(yùn)動(dòng)速度；測速光電門14通過擋光片3經(jīng)過光電門的時(shí)間，測量小車經(jīng)過的時(shí)間，計(jì)算小車運(yùn)動(dòng)速度，光電門14的位置可移動(dòng)改變，小車4經(jīng)過軌道兩端的光電門7、15時(shí)自動(dòng)停止，時(shí)間值在信號發(fā)生控制器的顯示窗13顯示；音頻信號發(fā)生器的信號頻率由信號發(fā)生控制器的頻率調(diào)節(jié)按鈕11調(diào)節(jié)，幅度由幅度調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)；頻率值在面板上的數(shù)字顯示窗10顯示；信號采集的音頻信號接收器9將收到聲源頭16的聲音信號通過導(dǎo)線接入計(jì)算機(jī)的音頻輸入口，計(jì)算機(jī)以文件形式保存，用頻譜分析軟件對聲音文件中靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分的信號分別作頻譜分析和數(shù)值處理。
通過本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置能研究聲波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象及定量測量的方式驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)公式，而且在信號的數(shù)據(jù)處理上運(yùn)用了頻譜分析原理，增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。
實(shí)施例2聲源位置固定，接收器跟隨小車運(yùn)動(dòng)，分別測量運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)接收到的信號頻率，研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象，驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)，并求聲速。


數(shù)據(jù)處理對錄制的聲音文件通過軟件進(jìn)行頻譜分析。分別測得小車靜止時(shí)和小車運(yùn)動(dòng)時(shí)接收到的信號頻率。小車靜止時(shí)接收到的信號頻率即為聲源信號的頻率。
聲源位置固定v2＝0，接收器跟隨小車運(yùn)動(dòng)，多譜勒效應(yīng)公式f=f0(c+v1c)]]>擋光片寬度90.20mm 室溫T＝17.7℃理論聲速c＝331.45+0.61t＝342.25m/s


參見圖2小車速度一定下，f0～f關(guān)系圖(離開)，圖3小車速度一定下，f0～f關(guān)系圖(朝向)實(shí)施例3接收器位置固定，聲源跟隨小車運(yùn)動(dòng)，分別測量小車運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)接收到的信號頻率，研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象，驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)，并求聲速。



數(shù)據(jù)處理對錄制的聲音文件通過軟件進(jìn)行頻譜分析。分別測得小車靜止時(shí)和小乍運(yùn)動(dòng)時(shí)接收到的信號頻率。小車靜止時(shí)接收到的信號頻率即為聲源信號的頻率。
接收器位置固定v1＝0，聲源跟隨小車運(yùn)動(dòng)，多譜勒效應(yīng)公式f=f0(cc-v2)]]>


參見圖4聲源頻率17kHz，v2～f關(guān)系圖(離開)，圖5聲源頻率17kHz，v2～f關(guān)系圖(朝向)。從圖中曲線可以看出運(yùn)動(dòng)速度與接收到頻率的關(guān)系，符合多譜勒放應(yīng)公式表示。

實(shí)施例4聲源和接收器非相對運(yùn)動(dòng)，將聲源放置在儀器軌道一側(cè)，v2＝0。接收器跟隨小車運(yùn)動(dòng)，研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)多譜勒效應(yīng)分析運(yùn)動(dòng)時(shí)角度的變化情況。
多譜勒效應(yīng)公式為f＝f0(c+v1cosα1)/cc＝331.45+0.61t＝342.25m/s參見圖6小車運(yùn)動(dòng)情況圖。

用頻譜分析軟件連續(xù)分析從小車運(yùn)動(dòng)開始后的每0.1秒間隔中的信號頻率變化。頻譜分析文件名Z001.wav v1＝1.179m/s f0＝18005.1Hz

參見圖7運(yùn)動(dòng)小車的t～f圖和圖8小車各時(shí)刻速度在連線方向分量大小和方向的變化圖。
從表中數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著小車的向前運(yùn)動(dòng)，聲源與接收器連線與接收器運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角α1逐漸增大。從圖8中也可以看出，v1速度的分量v1逐漸減小，經(jīng)過α1為90°后，v1′方向改變，并逐漸增大，其結(jié)論與圖7運(yùn)動(dòng)小車的t～f曲線表示一致。
權(quán)利要求
1.一種多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括由主機(jī)、信號發(fā)生控制器及信號采集處理部件組成，其特征是所述主機(jī)是由速度控制器、軌道、步進(jìn)電機(jī)、皮帶輪、皮帶、小車、光電門、聲源頭、信號接收器和機(jī)座組成，小車固定在皮帶上，機(jī)座上步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，小車兩輪子在軌道上，機(jī)座一側(cè)有電機(jī)轉(zhuǎn)速的速度控制器，小車邊上裝有擋光片，聲源頭或音頻信號接收器固定安裝機(jī)座一端或小車上，機(jī)座上裝有用于測速和控制小車停止的光電門；所述信號發(fā)生控制器是一臺具有信號頻率和幅度可調(diào)的頻率信號發(fā)生器和速度顯示、頻率顯示、小車運(yùn)動(dòng)控制、復(fù)位功能的儀表，儀表面板上分別有頻率，幅度兩調(diào)節(jié)旋鈕，頻率顯示窗和擋光片經(jīng)過光電門的時(shí)間顯示窗，儀表背面有頻率輸出接口，光電門接口和示波器接口，控制接口；所述信號采集處理，由音頻信號接收器，計(jì)算機(jī)音頻輸入口和頻譜分析軟件組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是機(jī)座上裝有三個(gè)光電門，中間的為測速光電門(14)，兩邊的為控制小車停止光電門(7)、(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是音頻信號發(fā)生器的信號頻率范圍在10KHz～20KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述信號采集的音頻信號接收器(9)，將錄音機(jī)放置在小車(4)上面的盒中或機(jī)座(1)一端，錄音口與聲源頭(16)相對，作為音頻信號接收器。
5.權(quán)利要求1所述的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置測量方法為按控制按鈕(6)小車啟動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶輪使小車(4)在機(jī)座(1)的軌道上運(yùn)動(dòng)，通過速度控制器的調(diào)速旋鈕(5)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變小車運(yùn)動(dòng)速度；測速光電門(14)通過擋光片(3)經(jīng)過光電門的時(shí)間，測量小車經(jīng)過的時(shí)間，計(jì)算小車運(yùn)動(dòng)速度，光電門(14)的位置可移動(dòng)改變，小車(4)經(jīng)過軌道兩端的光電門(7)、(15)時(shí)，自動(dòng)停止，時(shí)間值在信號發(fā)生控制器的顯示窗(13)顯示；音頻信號發(fā)生器的信號頻率由信號發(fā)生控制器的頻率調(diào)節(jié)按鈕(11)調(diào)節(jié)，幅度由幅度調(diào)節(jié)旋鈕(12)調(diào)節(jié)；頻率值在面板上的數(shù)字顯示窗(10)顯示；信號采集的音頻信號接收器(9)將收到聲源頭(16)的聲音信號通過導(dǎo)線接入計(jì)算機(jī)的音頻輸入口，計(jì)算機(jī)以文件形式保存，用頻譜分析軟件對聲音文件中靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分的信號分別作頻譜分析和數(shù)值處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)用，多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有1)聲源位置固定，接收器跟隨小車運(yùn)動(dòng)，v2＝0，多譜勒效應(yīng)公式f=f0(c+v1c),]]>分別測量運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)接收到的信號頻率，研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象，驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)求聲速；2)接收器位置固定，聲源跟隨小車運(yùn)動(dòng)，v1＝0，多譜勒效應(yīng)公式，f=f0(cc-v2),]]>分別測量小車運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)接收到的信號頻率，研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象，驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)并求聲速；3)聲源和接收器非相對運(yùn)動(dòng)，將聲源放置在儀器軌道一側(cè)，接收器跟隨小車運(yùn)動(dòng)，v2＝0，多譜勒效應(yīng)公式為f＝f0(c+v1cosα1)/c，研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)多譜勒效應(yīng)分析運(yùn)動(dòng)時(shí)角度的變化情況。
全文摘要
一種多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括由主機(jī)、信號發(fā)生控制器、信號采集處理部件組成。裝置主機(jī)是由速度控制器、軌道、步進(jìn)電機(jī)、皮帶輪、皮帶、小車、光電門、聲源頭、信號接收器和機(jī)座組成。機(jī)座一端可固定安裝聲源頭或接收器，一側(cè)裝有三個(gè)光電門，中間的光電門用于測速，兩邊的光電門控制小車停止。小車固定在皮帶上，小車邊上裝有擋光片，上面可固定安裝聲源頭或信號接收器。步進(jìn)電機(jī)接通電源后帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車兩輪子在軌道上滾動(dòng)，通過機(jī)座一側(cè)的旋紐控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小車速度的連續(xù)可調(diào)并可選擇小車作勻速運(yùn)動(dòng)或變速運(yùn)動(dòng)。測速光電門的位置可移動(dòng)改變。小車經(jīng)過軌道兩端的光電門自動(dòng)停止。聲源頭和接收器安裝位置根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可互換。本發(fā)明提供一種可改變實(shí)驗(yàn)條件，定量測量物理量的實(shí)驗(yàn)方法和手段，通過頻譜分析用于研究波的多譜勒效應(yīng)現(xiàn)象及驗(yàn)證多譜勒效應(yīng)的公式，應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。
文檔編號G09B23/06GK1987958SQ20061015543
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者陳紅雨, 樂培界 申請人:浙江大學(xué)