多普勒效应测量声速试验的设计-大学物理.PDF

第31卷第5期 大 学 物 理 Vo1．31 NO．5 2012年5月 C0LLEGE PHYSICS Mav 2O12 多普勒效应测量声速实验的设计 邓锂强，梁一机 (广东石油化工学院 理学院，广东 茂名 525000) 摘要：介绍了设计性实验“多普勒效应测量声速”．该实验要求学生理解多普勒效应测量声速的原理，利用气垫导轨实验 和声速的测定实验仪器，设计出一套多普勒效应测量声速的实验装置，并利用该实验装置测量声速． 关键词：声速；多普勒效应；设计性实验 中图分类号：O 426．9 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2012)05·0047．03 物理实验是最基本的实验训练，物理实验教学 到的频率却可以改变．这种由于波源或观察者(或 理应成为培养学生创新能力的重要环节¨ ，设计 两者)相对介质运动而造成的观察者接收频率发生 性、研究性物理实验为学生提供足够的条件，使学生 改变的现象，称为多普勒效应．为简单起见，设波源 置于一种富有探索和创造性的学习环境中，以便在 s或者观察者R的运动都在波源与观察者的连线 实验过程中充分发挥他们的主观能动性，积极主动 上，以 表示观察者相对介质的速度，以趋近波源为 地思考、分析问题，使他们受到一种类似于专业科研 正；以／／,表示波源相对介质的速度，以趋近观察者为 人员搞科研的那种训练．学生在做这类实验时，需要 正；介质中的波速为 ；波源发射频率为 ． 自己完成阅读文献资料、拟定实验方案、配置实验设 当波源静止，观察者运动时，这时u=0， ≠0，波 备、制作仪器部件或搭建电子线路、测量实验数据、 在1 s内相对介质行进了距离 ，当观察者不运动 分析实验结果、完成实验报告等工作，这种注重培养 时，波在1 8内相对观察者也行进了距离 ，观察者 学生科研能力的做法，有利于学生的开拓精神和创 T， 接收到的频率为÷=，，由于观察者运动，1 s内波相 新能力的培养 ． A 为此，物理实验室设计了一个“多普勒效应测 对观察者行进V+v，观察者接收到的频率为： 量声速”的设计性实验．一般开设基于多普勒效应 的实验项目，需要重新购置相应的实验设备，包括复 ( + ， 杂的机械系统及运动控制系统，费用较高 ．本实 当波源运动，观察者静止时，这时 M≠0， =0，波 验综合利用现有的“声速的测量”实验仪器及气垫 在1 s内相对观察者行进的距离仍为 ，但由于波源 导轨实验仪器，以模拟信号放大电路及数字频率计 的运动，使波长缩短为 作为数据测量单元，设计出一套简易的多普勒效应 A =A一“ 测量声速实验装置，开展多普勒效应相关的设计性 为周期，故观察者接收到的频率为 实验，以培养学生独立设计物理实验的能力．本实验 ／，：— (2) 要求学生自主完成3部分内容：一是掌握多普勒效 ·一号 应测量声速的原理，二是完成实验系统的设计，三是 当波源和观察者都