旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種物理學(xué)教具，尤其是涉及一種旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多普勒效應(yīng)是指觀測(cè)者與波源之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源發(fā)出的波頻率與觀測(cè)者測(cè)得的波頻率出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，這一物理現(xiàn)象是奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年首先發(fā)現(xiàn)的，由此以他的名字命名。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是:當(dāng)波源和觀測(cè)者相對(duì)于介質(zhì)不動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的頻率等于波源的頻率；當(dāng)波源和觀測(cè)者相互接近時(shí)，觀測(cè)者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)增加，即接收到的頻率增大；當(dāng)波源和觀測(cè)者相互遠(yuǎn)離時(shí)，觀測(cè)者在單位時(shí)間內(nèi)接收到完全波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的頻率降低。多普勒效應(yīng)有許多實(shí)際應(yīng)用:可根據(jù)炮彈飛行尖叫聲的音調(diào)變化來(lái)判斷炮彈是接近還是遠(yuǎn)離；向行駛的車(chē)輛發(fā)射超聲波后，從反射回來(lái)的頻率得出車(chē)輛的行駛速度；可用多普勒雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)、人造衛(wèi)星等飛行器的速度和高度；由地球上接收遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光譜判斷天體相對(duì)于地球是接近還是遠(yuǎn)離，等等。
[0003]多普勒效應(yīng)是高中物理課程重要的基礎(chǔ)理論。由于在以往的教學(xué)中，教師僅用行駛中火車(chē)汽笛聲調(diào)變化的例子來(lái)說(shuō)明多普勒效應(yīng)，至今尚無(wú)實(shí)物教具在教室里進(jìn)行演示和驗(yàn)證，因此缺乏教學(xué)說(shuō)服力，尤其是許多從未在鐵路旁聽(tīng)過(guò)行駛中火車(chē)汽笛聲的學(xué)生，對(duì)此只能將?目將疑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的旨在提供利用某一固定頻率的聲源相對(duì)于觀測(cè)者進(jìn)行周期性運(yùn)動(dòng)，使觀測(cè)者聽(tīng)到聲源頻率發(fā)生周期性變化來(lái)驗(yàn)證多普勒效應(yīng)的一種旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置。
[0005]本實(shí)用新型設(shè)有基座、電機(jī)、水平旋棍、可移動(dòng)聲源、調(diào)速器和電源；在水平旋棍的中心位置開(kāi)設(shè)一個(gè)與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸配合的中心孔并配置一個(gè)緊定螺釘，在水平旋棍的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)至少2個(gè)可嵌入可移動(dòng)聲源的垂向插孔；所述可移動(dòng)聲源設(shè)有電池、蜂鳴器和LED指示燈；所述電機(jī)安置在基座內(nèi)部軸心位置并通過(guò)調(diào)速器與電源連接；水平旋棍的中心孔與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸連接并通過(guò)緊定螺釘固定，可移動(dòng)聲源垂直嵌入水平旋棍的任一插孔中，LED指示燈安裝在蜂鳴器上方或外側(cè)。
[0006]所述電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速可為60?180r/min ;所述水平旋棍的長(zhǎng)度可為420?1020mm ;所述蜂鳴器的固定頻率可為1000?4000Hz ;所述蜂鳴器的開(kāi)口最好朝上。LED指示燈既是蜂鳴器的工作指示燈，同時(shí)也便于觀測(cè)者判斷聲源位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0007]使用時(shí)，可任意選擇插孔位置或調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，即通過(guò)調(diào)整聲源與觀測(cè)者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度以便于獲取最佳觀測(cè)效果或進(jìn)行相互比較，隨后接通蜂鳴器、LED指示燈、電機(jī)的電源。在演示過(guò)程中，若位于觀測(cè)者前方的水平旋棍逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，聲源在左半圈移動(dòng)中與觀測(cè)者相互接近使蜂鳴器的音調(diào)升高，聲源在右半圈移動(dòng)中與觀測(cè)者相互遠(yuǎn)離使蜂鳴器的音調(diào)變低，反之亦然。在水平旋棍旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，觀測(cè)者可憑聽(tīng)覺(jué)感受到蜂鳴器的音調(diào)發(fā)生了周期性變化，為了量化具體數(shù)值，可增設(shè)聲波頻率測(cè)試計(jì)或利用手機(jī)中的音頻軟件測(cè)定聲源頻率并定量分析。
[0008]本實(shí)用新型巧妙利用蜂鳴器的圓周運(yùn)動(dòng)，造成聲源和觀測(cè)者之間持續(xù)的周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)，促使觀測(cè)者明顯感受到聲音頻率的變化，以簡(jiǎn)潔便捷的演示方式定性驗(yàn)證了多普勒效應(yīng)，并可在相關(guān)儀器或手機(jī)音頻軟件的配合下進(jìn)行定量分析，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、操作性強(qiáng)、演示效果好、可定性定量分析等特點(diǎn)，為物理學(xué)教學(xué)和科普活動(dòng)提供了一種實(shí)用的演示裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有基座1、電機(jī)2、水平旋棍3、可移動(dòng)聲源4、調(diào)速器5和電源6 ;在水平旋棍3的中心位置開(kāi)設(shè)一個(gè)與電機(jī)2的輸出轉(zhuǎn)軸配合的中心孔并配置一個(gè)緊定螺釘32，在水平旋棍3的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)至少2個(gè)可嵌入可移動(dòng)聲源4的垂向插孔；所述可移動(dòng)聲源4設(shè)有電池41、蜂鳴器42和LED指示燈43 ;所述電機(jī)2安置在基座1內(nèi)部軸心位置并通過(guò)調(diào)速器5與電源6連接；水平旋棍3的中心孔與電機(jī)2的輸出轉(zhuǎn)軸連接并通過(guò)緊定螺釘32固定，可移動(dòng)聲源4垂直嵌入水平旋棍3的任一插孔中，LED指示燈43安裝在蜂鳴器42上方或外側(cè)。
[0011]所述電機(jī)2的輸出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速可為60?180r/min，優(yōu)選110r/min ;所述水平旋棍3的長(zhǎng)度可為420?1020mm，優(yōu)選822mm ;所述蜂鳴器42的固定頻率可為1000?4000Hz，優(yōu)選2750Hz ;所述蜂鳴器42的開(kāi)口最好朝上。LED指示燈既是蜂鳴器的工作指示燈，同時(shí)也便于觀測(cè)者判斷聲源位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0012]基座1為圓臺(tái)形，其底徑和高度分別為200mm和100mm ;電機(jī)2的輸出轉(zhuǎn)軸21的輸出功率4w ;水平旋棍3中心孔的直徑為7mm，中心孔兩側(cè)各均布4個(gè)直徑為12mm的插孔31，相鄰插孔31的間隔為100_ ;水平旋棍3通過(guò)位于中心孔一側(cè)的緊定螺釘32與輸出轉(zhuǎn)軸21固定；可移動(dòng)聲源4下方為電池41 (電壓6V)，上方為開(kāi)口朝上的蜂鳴器42，外側(cè)設(shè)有紅色的LED指示燈43 ;電機(jī)2通過(guò)調(diào)速器5與電源5連接。若將可移動(dòng)聲源4插入水平旋棍3最外沿插孔31中，其運(yùn)動(dòng)半徑為400mm，當(dāng)水平旋棍3達(dá)到110r/min時(shí)，可明顯聽(tīng)到蜂鳴器42的音調(diào)周期性變化。通過(guò)儀器測(cè)得最高音頻率為2784.7Hz，最低音頻率為2717.3Hz，這與理論計(jì)算值基本吻合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于設(shè)有基座、電機(jī)、水平旋棍、可移動(dòng)聲源、調(diào)速器和電源；在水平旋棍的中心位置開(kāi)設(shè)一個(gè)與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸配合的中心孔并配置一個(gè)緊定螺釘，在水平旋棍的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)至少2個(gè)可嵌入可移動(dòng)聲源的垂向插孔；所述可移動(dòng)聲源設(shè)有電池、蜂鳴器和LED指示燈；所述電機(jī)安置在基座內(nèi)部軸心位置并通過(guò)調(diào)速器與電源連接；水平旋棍的中心孔與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸連接并通過(guò)緊定螺釘固定，可移動(dòng)聲源垂直嵌入水平旋棍的任一插孔中，LED指示燈安裝在蜂鳴器上方或外側(cè)。2.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為60?180r/min。3.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述所述水平旋棍的長(zhǎng)度為 420 ?1020mm。4.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述蜂鳴器的固定頻率為 1000 ?4000Hz ο5.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述蜂鳴器的開(kāi)口朝上。6.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述基座為圓臺(tái)形，基座的底徑和高度分別為200mm和100mm。7.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸的輸出功率4w。8.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，其特征在于所述水平旋棍的中心孔的直徑為7mm，中心孔兩側(cè)各均布4個(gè)直徑為12mm的插孔，相鄰插孔的間隔為100mm。
【專(zhuān)利摘要】旋轉(zhuǎn)式多普勒效應(yīng)演示裝置，涉及一種物理學(xué)教具。設(shè)有基座、電機(jī)、水平旋棍、可移動(dòng)聲源、調(diào)速器和電源；在水平旋棍的中心位置開(kāi)設(shè)一個(gè)與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸配合的中心孔并配置一個(gè)緊定螺釘，在水平旋棍的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)至少2個(gè)可嵌入可移動(dòng)聲源的垂向插孔；所述可移動(dòng)聲源設(shè)有電池、蜂鳴器和LED指示燈；所述電機(jī)安置在基座內(nèi)部軸心位置并通過(guò)調(diào)速器與電源連接；水平旋棍的中心孔與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸連接并通過(guò)緊定螺釘固定，可移動(dòng)聲源垂直嵌入水平旋棍的任一插孔中，LED指示燈安裝在蜂鳴器上方或外側(cè)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、操作性強(qiáng)、演示效果好、可定性定量分析等特點(diǎn)，為物理學(xué)教學(xué)和科普活動(dòng)提供了一種實(shí)用的演示裝置。
【IPC分類(lèi)】G09B23/14
【公開(kāi)號(hào)】CN204965863
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520719511
【發(fā)明人】林宇涵, 黃卉
【申請(qǐng)人】林宇涵
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日