用多普勒效應(yīng)研究物體運(yùn)動(dòng)樣本

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。多普勒效應(yīng)研究物體運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名 :班級(jí) :學(xué)號(hào) :時(shí)間 :.11.12摘要 :當(dāng)波源和接收器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),接收器接收到的波的頻率與波源發(fā)出的頻率不同的現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在科學(xué)研究,工程技術(shù) ,交通管理 ,醫(yī)療診斷等各方面都有十分廣泛的應(yīng)用。例如:原子 ,分子和離子由于熱運(yùn)動(dòng)使其發(fā)射和吸收的光譜線變寬 , 稱為多普勒增寬 , 在天體物理和受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)裝置中 , 光譜線的多普勒增寬已成為一種分析恒星大氣及等離子體物理狀態(tài)的重要測(cè)量和診斷手段。基于多普勒效應(yīng)原理的雷達(dá)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈 , 衛(wèi)星 , 車輛等運(yùn)

2、動(dòng)目標(biāo)速度的監(jiān)測(cè)。在醫(yī)學(xué)上利用超聲波的多普勒效應(yīng)來(lái)檢查人體內(nèi)臟的活動(dòng)情況 , 血液的流速等。電磁波( 光波 ) 與聲波 ( 超聲波 ) 的多普勒效應(yīng)原理是一致的。本實(shí)驗(yàn)既可研究超聲波的多普勒效應(yīng) , 又可利用多普勒效應(yīng)將超聲探頭作為運(yùn)動(dòng)傳感器 , 研究物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。關(guān)鍵詞 :多普勒效應(yīng)牛頓第二定律簡(jiǎn)諧振動(dòng)引言多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念?yuàn)W地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴約翰多普勒( Christian Johann Doppler)而命名的 ,她于 1842年首先提出了這一理論。主要內(nèi)容為 :物體輻射的波長(zhǎng)因?yàn)椴ㄔ春陀^測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面 , 波被壓縮 , 波長(zhǎng)變得較短 , 頻率變得

3、較高 ( 藍(lán)移 blue shift) ; 當(dāng)運(yùn)動(dòng)在波源后面時(shí) , 會(huì)產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長(zhǎng)變得較長(zhǎng) , 頻率變得較低 ( 紅移 red shift) 。波源的速度越高 , 所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)波紅 ( 藍(lán))資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。移的程度 ,能夠計(jì)算出波源循著觀測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度。除非波源的速度非常接近光速 , 否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動(dòng)現(xiàn)象都存在多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)不但僅適用于聲波 , 它也適用于所有類型的波 , 包括電磁波?？茖W(xué)家愛(ài)德文哈勃 ( Edwin Hubble) 使用多普勒效應(yīng)得

4、出宇宙正在膨脹的結(jié)論。多普勒效應(yīng)指出 , 波在波源移向觀察者時(shí)接收頻率變高 , 而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)也能得到同樣的結(jié)論?！緦?shí)驗(yàn)任務(wù)】1. 利用實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和用具 , 由V-t 關(guān)系直線的斜率求重力加速度。2. 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方案 , 測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)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。3. 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) , 測(cè)量力、 質(zhì)量、 加速度之間的關(guān)系 , 驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律。【實(shí)驗(yàn)儀器】整套儀器由實(shí)驗(yàn)儀 ,超聲發(fā)射 / 接收器 ,導(dǎo)軌 ,運(yùn)動(dòng)小車 ,支架 ,光電門 ,電磁鐵 , 彈簧 , 滑輪 , 砝碼等組成。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一 研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

5、,驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)原理 :質(zhì)量為 M的接收器組件 , 與質(zhì)量為 m的砝碼托及砝碼懸掛于滑輪的兩端 , 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的總質(zhì)量為 M m, 所受合外力為 (M m)g( 滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與摩擦力忽略不資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。計(jì) ) 。根據(jù)牛頓第二定律 ,系統(tǒng)的加速度應(yīng)為 :a = g (M m) /( M m)(5)采樣結(jié)束后會(huì)顯示V t 曲線 ,將顯示的采樣次數(shù)及對(duì)應(yīng)速度記入表2中。由記錄的t , V數(shù)據(jù)求得 Vt 直線的斜率即為此次實(shí)驗(yàn)的加速度a。將表 1得出的加速度 a作縱軸 , (M m)/(Mm)作橫軸作圖 , 若為線性關(guān)系 , 符合 ( 5) 式描

6、述的規(guī)律 , 即驗(yàn)證了牛頓第二定律 , 且直線的斜率應(yīng)為重力加速度。儀器安裝與測(cè)量準(zhǔn)備1. 儀器安裝如圖 1所示 , 讓電磁閥吸住自由落體接收器。2. 儀器安裝如圖 2所示 , 讓電磁閥吸住自由落體接收器 , 并讓該接收器上充電部分和電磁閥上的充電針接觸良好。3用天平稱量接收器組件的質(zhì)量M, 砝碼托及砝碼質(zhì)量 ,每次取不同質(zhì)量的砝碼放于砝碼托上 ,記錄每次實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的 m。4由于超聲發(fā)生器和接收器已經(jīng)改變了,因此需要對(duì)超聲發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)頻率重新調(diào)諧。圖 2 勻變速直線運(yùn)動(dòng)安裝資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。圖1 自由落體運(yùn)動(dòng)測(cè)量步驟1. 在液晶顯示屏上 , 用 選中”

7、變速運(yùn)動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)” , 并按”確認(rèn)” ;2. 利用 鍵修改測(cè)量點(diǎn)總數(shù)為 8( 選擇范圍 8150) , 選擇采樣步距 , 并修改為50 ms( 選擇范圍 50100ms) , 選中”開(kāi)始測(cè)試” ;3按”確認(rèn)”后 ,磁鐵釋放 ,接收器組件拉動(dòng)砝碼作垂直方向的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量完成后 ,顯示屏上出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果。4在結(jié)果顯示界面中用鍵選擇” 返回”,”確認(rèn)”后重新回到測(cè)量設(shè)置界面。改變砝碼質(zhì)量 ,按以上程序進(jìn)行新的測(cè)量。數(shù)據(jù)記錄與處理采樣結(jié)束后顯示V t 直線 ,用鍵選擇” 數(shù)據(jù)”,將顯示的采樣次數(shù)及相應(yīng)速度記入表 2中 , ti 為采樣次數(shù)與采樣步距的乘積。由記錄的t , V數(shù)據(jù)求得 V t 直線資料內(nèi)容僅

8、供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。的斜率 ,就是此次實(shí)驗(yàn)的加速度 a。將表 2得出的加速度 a作縱軸 , (Mm)/(M m)作橫軸作圖 , 若為線性關(guān)系 , 符合 ( 5) 式描述的規(guī)律 , 即驗(yàn)證了牛頓第二定律 , 且直線的斜率應(yīng)為重力加速度。表一 自由落體運(yùn)動(dòng)的測(cè)量采樣加速度平均理論相對(duì)2345678a次數(shù) i值值誤差(m/s 2)t i =0.05(i-0.050.100.150.200.250.300.351)(s)9.48Vi0.090.500.741.181.091.611.66t i =0.05(i-0.050.100.150.200.250.300.351)

9、(s)9.95V0.220.590.530.590.880.810.74it i =0.9.679.801.3%05(i-0.050.100.150.200.250.300.351)(s)9.70Vi0.130.220.310.960.430.530.60t i =0.05(i-0.050.100.150.200.250.300.351)(s)9.56Vi0.080.130.250.300.380.480.54表二勻變速直線運(yùn)動(dòng)的測(cè)量M=0.0697( kg)資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。采樣次加速mM m2345678度 aM m數(shù) i(kg)(m/s 2)t

10、 i =0.05(i-1)0.050.100.150.200.250.300.357.110.0100.75(s)V0.090.500.741.181.091.611.66it i =0.05(i-1)0.050.100.150.200.250.300.353.650.0320.37(s)V0.220.590.530.590.880.810.94it i =0.05(i-1)(0.050.100.150.200.250.300.352.230.0440.23s)V0.130.220.310.460.530630.80it i =0.05(i-1)(0.050.100.150.200.250.3

11、00.351.530.0500.16s)V0.080.130.250.300.380.480.54i二研究簡(jiǎn)諧振動(dòng)【實(shí)驗(yàn)原理】當(dāng)質(zhì)量為 m的物體受到大小與位移成正比 , 而方向指向平衡位置的力的作用時(shí) , 若以物體的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?x軸 , 其運(yùn)動(dòng)方程為 :( 5)由 (5) 式 描述的運(yùn) 動(dòng)稱為簡(jiǎn) 諧振 動(dòng) ,當(dāng)初 始條 件為 t=0 時(shí) ,則方程 ( 5) 的解為 :( 6)將 ( 6)式對(duì)時(shí)間求導(dǎo) , 可得速度方程 :( 7)由(6) ( 7)式可見(jiàn)物體作簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí) ,位移和速度都隨時(shí)間周期變化 ,式中, 為振動(dòng)的角頻率。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。測(cè)量時(shí)儀

12、器的安裝類似于圖 5, 將彈簧經(jīng)過(guò) 1段細(xì)線懸掛于電磁鐵上方的掛鉤孔中 , 垂直運(yùn)動(dòng)超聲接收器的尾翼懸掛在彈簧上 , 若忽略空氣阻力 , 根據(jù)胡克定律 , 作用力與位移成正比 , 懸掛在彈簧上的物體應(yīng)作簡(jiǎn)諧振動(dòng) , 而 ( 5) 式中的 k為彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)先稱量垂直運(yùn)動(dòng)超聲接收器的質(zhì)量M, 測(cè)量接收器懸掛上之后彈簧的伸長(zhǎng)量,記入表 4中,就可計(jì)算 k及。測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)設(shè)置采樣點(diǎn)總數(shù)150,采樣步距 100ms。選擇”開(kāi)始測(cè)試” , 將接收器從平衡位置下拉約 20cm, 松手讓接收器自由振蕩 , 同時(shí)按確認(rèn)鍵 , 讓實(shí)驗(yàn)儀按設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)采樣 , 采樣結(jié)束后會(huì)顯示如 ( 7) 式描述的速度隨時(shí)間變化關(guān)系。查閱數(shù)據(jù) , 記錄第 1次速度達(dá)到最大時(shí)的采樣次數(shù) N1MAX和第 11次速度達(dá)到最大時(shí)的采樣次數(shù) N1MAX, 就可計(jì)算實(shí)際測(cè)量的運(yùn)動(dòng)周期 T及角頻率 , 并可計(jì)算 0與的百分誤差。Mk=mg/N1MAXN1MAT=0.01